호남일보 관리자 기자 |

광주과학기술원(지스트·GIST)이 햇빛만을 활용해 산업 폐기물을 고부가가치 화학물질로 전환하는 세계 최고 성능의 '무전압 업사이클링(Bias-free Upcycling)' 기술을 개발하는 데 성공했다.

GIST는 신소재공학과 이상한 교수 연구팀이 유기반도체 기반 광전극과 니켈-철-인(Ni-Fe-P) 촉매를 결합한 광전기화학 시스템을 개발·활용해 바이오디젤 산업의 폐기물인 글리세롤과 수질 오염의 주요 원인인 질산염(NO₃?)을 각각 포름산(개미산)과 암모니아로 전환하는 데 성공했다고 4일 밝혔다.

이번 기술은 외부의 전력 공급 없이 태양광만으로 작동하는 것이 특징이다.

기존 업사이클링 기술이 높은 외부 전압을 요구하고 반응 선택성이 낮아 상용화에 어려움이 있었던 점을 극복한 것이다.

연구팀은 니켈-철-인(Ni-Fe-P) 전기 촉매를 개발해 질산염 환원과 글리세롤 산화 반응을 동시에 처리할 수 있도록 했다.

또 유기반도체 기반 광전극에 금속 호일 캡슐화 기술을 적용해 내구성과 안정성을 크게 향상시켰다.

실제 반응 실험에서 해당 시스템은 11.04 밀리암페어 퍼 제곱센티미터(mA/cm²)의 높은 반응 전류밀도를 기록했으며 포름산과 암모니아 생성에 대해 각각 95% 이상의 높은 반응 활성도와 선택성을 입증했다.

생성된 암모니아는 전 세계 비료 산업을 비롯해 플라스틱, 냉매, 수소 저장 등 다양한 분야에서 활용되는 핵심 산업 원료이다.

또 포름산은 방부제·염색제 외에도 최근 수소 운반체와 연료전지용 액체 연료로 주목받고 있는 친환경 에너지원이라는 점에서 이번 기술의 산업적 파급력이 상당할 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구는 외부 전력 없이 태양광만으로 작동하는 친환경 업사이클링 시스템의 상용화를 앞당긴 결정적인 기술적 돌파구"라며 "산업 폐기물을 고부가가치 화학물질로 전환하는 지속 가능한 공정 개발에 새로운 가능성을 연 성과"라고 평가했다.

이번 연구는 GIST 신소재공학과 이상한 교수가 지도하고 김예준 박사과정생이 과학기술정보통신부·한국연구재단 개인기초연구사업(중견연구)과 미래수소원천기술개발사업의 지원을 받아 진행했다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 8월1일자 온라인판에 게재됐다.