‘골칫덩이’인 버려지는 나무가 수소로 다시 태어났다. POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 김동표 교수·통합과정 임세준 씨 연구팀은 UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 류정기 교수·통합과정 오현명 씨와 공동으로 폐목재를 수소와 고부가가치 화합물로 전환하는 공정법을 개발했다. 이 기술을 활용하면 이산화탄소가 배출되지 않을 뿐만 아니라, 수소와 함께 식품·의약품의 원료로 쓰이는 바닐린(Vanillin)을 얻을 수도 있다. 

최근 생산되는 수소 중 상당수는 생산 시 이산화탄소가 함께 만들어지는 ‘그레이 수소(Grey hydrogen)’다. 친환경 에너지원인 수소를 만들기 위해 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 만들게 되는 모순적 상황이 벌어지는 것. 그 대안으로 물분해를 통한 그린 수소(Green hydrogen) 생산 공정이 주목을 받았지만, 이 공정은 전력 소모가 커 생산 단가가 높은 데다가 폭발 위험이라는 치명적인 한계가 있었다. 

그린 수소는 태양광·풍력 등 재생에너지에서 생산된 전기로 물을 전기 분해해 생산한 수소로 수소와 산소만 생산되기 때문에 오염물질이 전혀 배출되지 않는다. 

연구팀은 몰리브덴(Mo) 기반의 저렴한 금속 촉매를 활용, 폐목재를 분해해 그린 수소로 만드는 연속 공정법을 개발했다. 촉매에 의해 바닐린이 만들어지고, 그 과정 속에서 비활성화된 촉매를 재활성화하는 공정 중에서 수소를 생성하는 원리다. 

이 기술은 물질·열 전달 효율을 극대화하는 미세유체기술이 적용돼, 기존 폐목재 분해 공정의 한계였던 공정 시간이 12시간에서 30분으로 대폭 줄었다는 게 특징이다. 미세유체기술은 마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 속 작은 세상에서 움직이는 유체의 특성을 활용한 기술을 말한다.

또한 연속 분리 공정을 통하여 폐목재 분해 산물로 인해 발생할 수 있는 전극의 오염을 방지할 수 있으며 폐목재가 분해되며 비활성화됐던 촉매가 수소 생산 과정에서 자동으로 재활성화돼 연속 공정이 가능하다는 것도 장점이다. 

연구 결과, 이 공정은 물분해 공정 대비 절반 수준의 전력이 소모돼 공정 비용을 크게 줄일 수 있는 것으로 조사됐다. 폭발 위험도 전무하다. 

쓸모없는 폐목재를 활용해 적은 비용으로도 빠르게 수소·고부가가치 화합물을 생산할 방법을 제시한 이번 연구는 사회적 가치와 경제적 가치라는 두 마리 토끼를 한 번에 잡은 성과로 주목받는다. 

한편, 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재된 이 연구는 한국연구재단 기초연구사업(리더연구자지원사업 창의연구)의 지원을 받아 이뤄졌다.

이현건 기자 다른기사 보기