폐페트병에서 얻은 성분을 유용한 화학원료로 전환하는 촉매가 개발됐다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 진종성 박사 연구팀과 경상국립대·국립타이완과학기술대 연구팀이 공동으로 폐페트병에서 얻은 성분을 포름산염으로 전환하는 촉매를 개발하고, 그 작동 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

폐페트병을 화학적으로 분해하면 '테레프탈산'과 '에틸렌글리콜'을 얻을 수 있는데, 테레프탈산은 다시 플라스틱 원료로 활용할 수 있지만 에틸렌글리콜은 물과 잘 섞이고 끓는점이 높아 분리·회수가 어렵다.

연구팀은 에틸렌글리콜을 직접 분리하는 대신 유용한 화학원료인 '포름산염'으로 전환해 폐페트병의 자원 활용도를 높였다.

이를 위해 얇은 판 형태의 산화니켈 표면에 루테늄 원자를 하나씩 고정한 '단일원자 촉매'를 개발했다.

이 촉매는 포름산염 전환 실험에서 패러데이 효율 86.37%를 기록했다. 이는 반응에 사용된 전하 가운데 약 86%가 포름산염을 만드는 데 쓰였다는 의미라고 연구팀은 설명했다.

실제 폐페트병을 분해한 용액을 사용한 실험에서도 25시간씩 12회, 총 300시간 동안 안정적인 촉매 성능을 유지했다고 연구팀은 덧붙였다.

연구팀은 KBSI 영남권센터에 구축된 '하이브리드 이차이온질량분석기'를 활용해 촉매 표면에 존재하는 물질의 종류와 분포를 정밀 분석하고, 반응 과정에서 생성되는 중간 물질을 확인했다.

여기에 분석 결과와 이론 계산을 종합해 에틸렌글리콜에서 수소가 차례로 떨어져 나가고, 탄소-탄소 결합이 끊어지면서 포름산염이 생성되는 반응 경로를 규명했다.

진종성 책임연구원은 "촉매 표면의 반응 중간에 물질을 분석해 에틸렌글리콜이 포름산염으로 전환되는 과정을 설명할 근거를 확보했다"며 "앞으로 다양한 친환경 촉매의 작동 원리를 밝히고 설계 방향을 제시하는 데 이 분석 기술을 활용하겠다"고 밝혔다.