버려지던 목재로 수소생산하고, 유용한 화합물 얻는다

[이데일리 강민구 기자] 버려지던 목재와 같은 바이오매스를 분해하는 과정에서 수소를 생산하고, 분해 후 생산된 결과물은 고부가가치 화합물로 활용하는 연구결과가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 류정기 에너지·화학공학부 교수팀이 바이오매스에 포함된 리그닌(Lignin)을 이용해 ‘바이오 연료 시스템’을 개발했다고 20일 밝혔다.

울산과학기술원 연구진이 구성한 리그닌 분해와 수소 생성 시스템.<사진=울산과학기술원>

류정기 교수팀이 개발한 시스템은 몰리브덴 촉매로 리그닌을 분해해 고부가가치 화합물을 생산하고, 이 과정에서 추출된 전자를 이용해 수소를 생산할 수 있다.

수소를 친환경적으로 생산하기 위해 주로 물 전기분해를 이용한다. 물에 전압을 흘려 수소와 산소를 동시에 생산하는 방식이다.

기존 기술은 산소 발생 반응 속도가 느리고 복잡해 수소 생산 효율도 낮았다. 수소 기체는 수소 이온이 전자를 얻어 만들어지는데 이 전자가 산소 발생 반응에서 나오기 때문이다.

연구진은 산소 발생 반응 효율을 높이기 위해 새로운 전자 공급원인 리그닌을 쓰는 바이오 연료 시스템을 개발했다.

몰리브덴 기반의 저렴한 금속 촉매를 사용해 낮은 온도에서 리그닌을 분해하고, 그 과정에서 생성되는 전자를 추출해 수소를 만들었다. 장치는 리그닌에서 나온 전자가 도선을 따라 수소 발생 반응이 일어나는 전극 쪽으로 이동하도록 설계됐다.

리그닌이 분해되면서 만들어지는 ‘바닐린’이나 ‘일산화탄소’도 산업공정에서 유용하게 활용할 수 있다.

류정기 교수는 “백금 같은 비싼 촉매 대신 저렴한 촉매와 낮은 전압으로 수소와 가치 있는 화학물질을 생성했다”며 “물의 전기분해에서 산소 발생 반응을 대체할 새로운 방법을 제시했다”고 말했다.

연구 결과는 미국화학회가 발행하는 ‘에이씨에스 카탈리시스(ACS catalysis)’에 지난 3일자로 게재됐다.