광주과학기술원(GIST)은 태양광만으로 산업 폐기물을 산업용 화학물질로 전환하는 '무전압 업사이클링(Bias-free Upcycling)' 기술을 구현했다고 4일 밝혔다.

식물성 기름이나 동물성 지방 등을 원료로 만든 바이오디젤은 운송 분야를 중심으로 친환경 에너지원으로 주목받고 있다.

그러나 생산 과정에서 폐기물인 글리세롤이 대량 발생하고 비료 사용으로 수질·토양 내 질산염 농도도 증가해 사회적 문제로 지적됐다.

신소재공학과 이상한 교수 연구팀은 질산염 환원과 글리세롤 산화를 동시에 처리할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 유기반도체 기반의 광전극과 니켈-철-인 촉매를 결합한 광전기화학 시스템을 개발하고 이를 통해 글리세롤과 질산염을 각각 포름산(개미산)과 암모니아로 동시에 전환하는 데 성공했다.

연구팀은 구리 호일 위에 전기증착한 니켈-철-인 촉매를 유기반도체 광전극과 결합해 광음극에서는 질산염 환원 반응, 광양극에서는 글리세롤 산화 반응을 동시에 구동하는 무전압 광전기화학 시스템을 구축했다.

이를 통해 외부 전력 없이 태양광만으로 두 가지 산업 폐기물을 동시에 업사이클링하는 데 성공했다.

특히 촉매가 전해질과 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해 금속 호일로 보호막을 형성하는 금속 호일 캡슐화 기술을 적용, 내구성을 향상하며 세계 최고 성능을 구현했다.

기존 업사이클링 기술은 높은 외부 전압이 필요하고 원하는 물질을 선택적으로 전환하기 어려워 상용화에 제약이 있었다.

이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)' 2025년 8월 1일 호에 온라인으로 게재됐다.

이 교수는 "이번 연구는 외부 전력 없이 태양광만으로 작동하는 친환경 업사이클링 시스템의 상용화를 앞당긴 기술적 돌파구"라고 말했다.