한국과학기술원(KAIST)은 백금 사용량을 100분의 1로 줄인 프로필렌 생산용 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다.
프로필렌은 플라스틱, 섬유, 자동차 부품, 전자제품 등에 쓰이는 석유화학 산업의 핵심 원료다. 프로판에서 수소를 떼어내는 프로판 탈수소화 공정을 통해 생산할 수 있는데, 이 공정에는 백금 촉매가 널리 쓰인다. 백금은 수소를 제거하는 데 효과적이지만 가격이 비싸고 반복적으로 사용 시 성능이 떨어지는 단점이 있다.
최민기 교수 연구팀은 값싼 금속 갈륨(Ga)과 알루미나(Al2O3)를 바탕으로 백금을 극소량(100ppm)만 사용한 촉매를 개발했다.
갈륨은 프로판의 탄소-수소 결합을 활성화해 수소를 떼어내는 역할을 하며, 백금은 촉매 표면의 수소 원자를 수소 기체로 전환해 표면에서 제거하는 역할을 하는데 둘의 이상적인 조성 비율을 설계해 백금 사용량을 획기적으로 줄였다.
또 세륨(Ce)을 소량 첨가, 기존 백금 촉매의 약점이었던 반복 사용에 의한 백금 입자의 뭉침을 억제함으로써 성능 저하 문제를 해결했다. 20차례 이상의 반응과 재생을 반복한 뒤에도 성능이 안정적으로 유지됐다.
최민기 교수는 “백금 사용량을 기존(1만ppm)의 100분의 1 수준으로 줄이면서도 성능을 유지하거나 오히려 높일 수 있는 가능성을 제시했다”며 “앞으로 대규모 공정 실증과 상업화 가능성도 검토할 예정”이라고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘미국화학회지’(JACS)에 지난 2월 13일 자로 실렸다.
헬로티 이창현 기자 |
