화학뉴스

국내 연구진이 자동차 배기열로 고부가 화학물질을 합성하는 기술을 개발했다.
KAIST(한국과학기술원) 신소재공학과 박찬범 교수와 정연식 교수 공동 연구팀은 상온용 열전소재 기반 열전 촉매반응과 산화환원 효소반응을 접목해 폐열로 고부가가치 화학물질을 합성하는데 성공했다.
열전소재는 물질 양단에 온도 차이가 있을 때 내부에 전위차가 생겨 전기가 발생하는 열전 현상을 이용해 열을 전기로 변환하는 소재이며 현재 약 70%의 에너지가 사용되지 못한 채 폐열로 사라지고 있어 폐열을 회수해 재활용할 수 있는 열전소재가 지속가능한 에너지 물질로 주목받고 있다.
그러나 일상에서 주로 접하는 저온 폐열은 발전효율이 낮아 사용처가 제한적이다.
연구팀은 문제 해결을 위해 열전소재로 전기에너지가 아닌 화학에너지를 만드는 방안에 주목했다. 화학에너지는 전기에너지보다 안정적이며 보관과 운송이 간편한 것으로 평가된다.
상온용 열전소재인 비스무트 텔루라이드(Bismuth Telluride)가 섭씨 100도 이하에서도 물과 산소로부터 과산화수소를 생성하는 현상이 열전소재가 만들어내는 전위차에 비례함을 실험적으로 입증했으며 저온 폐열을 사용하는 비스무트 텔루라이드의 열전 촉매반응을 생체촉매 퍼옥시게나아제(Peroxygenase) 활성에 적용했다.
퍼옥시게나아제는 과산화수소를 이용해 비활성 탄화수소에 산소를 넣는 선택적 옥시관능화를 유도해 고부가가치 화학원료로 사용되는 반응성 산소화 화학종을 생성하는 효소이다.
연구팀은 열전소재가 과산화수소를 실시간 공급하도록 설계해 퍼옥시게나아제가 옥시관능화 반응을 수행하도록 만들었다.
박찬범 교수는 “저온에서 열전소자를 화학반응에 접목해 다양한 고부가 화학물질 합성에 사용되는 옥시관능화 공정을 구현했다”고 강조했다.
대전 시내를 주행하는 자동차에서 발생하는 배기열을 활용해 고부가가치 화학물질을 합성할 수 있음을 실증함으로써 실용화 가능성을 높였다.
연구는 한밭대학교 오민욱 교수팀과 네덜란드 델프트공과대학교 프랭크 홀만 교수팀과 협력해 이루어졌으며 한국연구재단 리더연구자지원사업 지원을 받았고 학술지 Nature Communications에 게재됐다. (K)