KAIST, 저온에서도 전환율 높은 배기가스 정화 촉매 개발

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기존보다 낮은 온도에서 배기가스를 정화하는 촉매 기술이 개발됐다. 촉매 반응에 필요한 조건 온도를 크게 낮춰 다양한 산업 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST(총장 신성철)는 이현주 생명화학공학과 교수팀이 한정우 포항공대 교수와 공동 연구로 자동차 배기가스 정화용 저온반응 촉매인 '로듐 앙상블 촉매'를 개발했다고 23일 밝혔다.

로듐 앙상블 촉매를 이용한 자동차 배기가스 정화 반응 개념도
<로듐 앙상블 촉매를 이용한 자동차 배기가스 정화 반응 개념도>

배기가스 정화 촉매는 주로 귀금속을 단일 원자 형태로 활용했다. 단일원자 촉매는 촉매 반응을 일으키는 원자가 서로 붙어있지 않고 동떨어져 있다. 모든 귀금속 원자가 촉매 반응에 참여해 효율이 높다.

문제는 탄화수소에 대한 반응도가 다소 떨어진다는 점이다. 탄소 원자들이 모인 결합을 깨야 탄화수소 반응이 이뤄지는데, 탄소 원자 하나당 귀금속 원자 하나만 결합해 기존 단일 원자 형태로는 탄화수소 결합을 깰 수 없었다. 그렇다고 귀금속 원자를 여러개 뭉치면 반응도가 떨어지는 문제가 발생했다. 결국 반응 온도를 높여 억지로 활성을 높이는 방법을 쓸 수 밖에 없었다.

연구팀은 귀금속 원자를 두 개 이상 뭉치면서, 전체 원자 분산도는 높인 '로듐 앙상블 촉매'를 개발해 문제를 해결했다. 새로운 '수열 처리 방법'을 활용했다. 귀금속인 로듐 원자를 두~세개로 뭉친 뒤 열을 가해, 전체 원자가 서로 떨어지게 만드는 방식이다.

연구에 참여한 이현주 KAIST 교수(사진 오른쪽)와 정호진 박사과정(왼쪽)
<연구에 참여한 이현주 KAIST 교수(사진 오른쪽)와 정호진 박사과정(왼쪽)>

연구팀은 이 방법으로 모든 원자를 촉매 반응에 참여하게 하면서, 탄화수소 결합도 효과적으로 깰 수 있다고 설명했다.

이 결과 기존보다 50도 낮은 온도에서 프로필렌이나 프로판과 같은 탄화수소 물질을 이산화탄소와 물로 100% 전환할 수 있게 됐다. 기존 촉매보다 내구성도 커 실제 자동차 배기가스 정화 산업 분야에 적용할 수 있다.

이현주 교수는 “기존 촉매와는 다른 새로운 개념을 촉매에 적용했다”며 “실제 산업에 적용 가능해 가치가 크다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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