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기사입력 : 2022.11.03 13:10
포항공과대(POSTECH) 화학공학과 김동표 교수팀이 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 류정기 교수팀과 공동으로 폐목재에서 수소와 고부가 화합물 바닐린을 뽑아내는 공정법을 개발했다고 전했다. 이 공정은 수소를 만들때 사용하는 전력 소모를 절반으로 줄일 수 있으며, 특히 폐목재를 분해하는 공정 시간이 12시간에서 32분으로 대폭 줄었다고 밝혔다.
김동표 교수는 "쓸모없는 폐목재를 활용해 적은 비용으로도 빠르게 수소·고부가가치 화합물을 생산할 수 있다"며 "이번 연구는 사회적 가치와 경제적 가치라는 두 마리 토끼를 한 번에 잡은 성과"라고 전했다.
최근 생산되는 수소 중 상당수는 생산 시 이산화탄소가 함께 만들어지는 '그레이 수소'다. 친환경 에너지원인 수소를 만들기 위해 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 만들게 되는 모순적 상황이 벌어지는 것이다.
그 대안으로 물분해를 통한 그린 수소 생산 공정이 주목을 받았고 있지만, 이 공정은 현재 수소 ㎏당 50㎾h를 필요로 하는 전기에너지가 많이 소모되는 단점이 있다. 또한 방출된 산소가 수소와 혼합하면서 폭발 위험 등 심각한 안전문제를 일으킬 수 있다.
연구진은 몰리브덴 기반의 저렴한 금속 촉매를 활용해 폐목재를 분해해 그린 수소로 만드는 연속 공정법을 개발했다. 촉매에 의해 식품·의약품 원료인 '바닐린'이 만들어지고, 그 과정 속에서 비활성화된 촉매를 재활성화하는 공정 중에서 수소가 만들어지는 원리다.
이 기술은 물질·열 전달 효율을 극대화하는 미세유체기술이 적용해 모듈식 흐름 시스템으로 설계했다. 이때 온도를 85도로 유지해 기존 폐목재 분해 공정의 한계였던 공정 시간을 12시간에서 30분으로 대폭 줄었다.
또한 연속 분리 공정을 통해 폐목재 분해 산물로 인해 발생할 수 있는 전극의 오염을 방지할 수 있다.
뿐만아니라 폐목재가 분해될때 비활성화됐던 촉매가 수소가 만들어지는 과정에서 자동으로 재활성화돼 사용한 촉매를 계속해서 재사용할 수 있다.
실험 결과, 이 공정은 물분해 공정 대비 절반 수준의 전력이 소모돼 공정 비용을 크게 줄일 수 있으며, 폭발 위험도 없었다.
한편, 연구진은 이번에 개발한 공정법을 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 발표했다고 밝혔다.
