목재.[게티이미지뱅크]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 버려지는 나무 부산물을 활용, 과산화수소를 생산할 수 있는 촉매기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) RAMP융합연구단 이영준 박사 연구팀은 한양대학교 윤홍석 교수, 부산대학교 강준희 교수 연구팀과 함께 목재 산업에서 버려지는 나무 부산물인 리그닌을 활용해 전기화학 반응에서 과산화수소를 선택적으로 생성할 수 있는 탄소 기반 촉매를 개발했다. 연구팀은 실험을 통해 95% 이상의 높은 선택도로 과산화수소를 생산하는 데 성공했다.

이는 기존 널리 사용되던 귀금속 기반 촉매를 대체할 수 있는 수준의 성능으로, 저비용·고효율을 동시에 달성했다는 점에서 의미가 크다.

특히 이번 연구에서는 단순히 바이오매스를 탄소 소재로 전환하는 데 그치지 않고, 촉매 표면의 미세한 화학 구조를 정밀하게 제어하는 전략이 적용됐다. 연구팀은 촉매 표면에 존재하는 다양한 산소 작용기의 종류와 분포가 과산화수소 생성 반응의 선택성과 효율에 결정적인 영향을 미친다는 점에 주목했다. 이를 검증하기 위해 작용기의 구조를 단계적으로 조절하고, 특정 작용기를 선택적으로 제거하는 실험을 수행했으며, 그 결과 불필요한 반응 경로를 억제하고 과산화수소 생성 반응을 더욱 강화할 수 있음을 확인했다.

리그닌 기반 탄소 촉매의 H 셀 전기화학 반응 시스템 및 과산화수소 생산 성능 비교를 나타낸 개략도.[KIST 제공]

이러한 표면 화학 구조와 반응 성능 간의 상관관계를 체계적으로 분석함으로써 어떤 구조적 요소가 고효율 반응을 유도하는지에 대한 설계 기준을 제시했다. 이는 향후 다양한 전기화학 반응에서 촉매를 설계하는 데 활용될 수 있는 중요한 기초 원리로, 친환경 화학공정 전반에 적용 가능한 확장성을 지닌다.

이번 성과는 버려지는 바이오매스를 고부가가치 기능성 소재로 전환함과 동시에, 에너지 효율이 높은 분산형 화학물질 생산 기술로의 전환 가능성을 보여준다. 특히 현장에서 필요한 만큼 과산화수소를 직접 생산하는 ‘온사이트(on-site)’ 구축에도 기여할 수 있어, 수처리·소독·반도체 공정 등 다양한 산업 분야에서 비용 절감과 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

이영준 KIST 선임연구원은 “버려지는 나무 부산물을 활용해 친환경 소독제인 과산화수소를 효율적으로 생산할 수 있는 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “앞으로 촉매 성능을 더욱 고도화해 다양한 산업 현장에 적용할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 엔바이로먼트 앤 에너지’ 최신호에 게재됐다.