국내 연구진이 타이타늄 촉매를 활용해 플라스틱, 의약품 원료로 사용하는 올레핀 합성에 성공했다.
석유화학산업 분야 주요 소재인 올레핀은 보통 800℃ 고온으로 석유를 증기 분해 하여 제조한다. 이 때 매우 높은 열과 에너지가 투입되며 이산화탄소 등 온실가스가 발생하는 것이 단점이다.
기초과학연구원(IBS)은 분자활성 촉매반응 연구단 백무현 부연구단장과 마노즈 마네 연구위원이 타이타늄을 촉매로 활용, 탄화수소의 수소를 선택적으로 없애는 탈수소반응을 구현했다고 28일 발표했다. 이를 통해 기존 공정에 비해 10분의 1정도 낮은 온도(75℃)에서 올레핀을 합성했다.
올레핀은 플라스틱, 고분자 화합물, 의약품 등에 활용하는 기초 원료이다.
올레핀은 탄화수소가 수소를 잃으면서 탄소(C) 두 개가 이중 결합(C=C)해 생성되는데 증기 분해 방식은 반응 중 탄소-탄소 결합이 끊어져 올레핀 혼합물이나 다른 탄화수소들이 합성되는 단점이 있다. 또 석유 대신 천연가스에서 올레핀을 합성하려면 온실가스가 발생해 오염과 공해 문제가 뒤따랐다.
백 부단장은 전이금속 보다 수십 배 저렴한 타이타늄을 촉매로 적용했다. 전이금속인 이리듐은 1g에 40만원에 달하지만, 타이타늄은 1g에 1만 7,000원 정도에 불과하다.
백 부단장은 최적의 촉매 후보물질로 타이타늄을 제안했고, 미국 펜실베니아대학 연구진은 약 75℃에서 탈수소반응이 성공적으로 이뤄졌음을 실험으로 확인했다. 또 탄화수소가 이성질화 되는 문제도 타이타늄 촉매로 해결됐다.
백 부단장은 “타이타늄은 값이 매우 저렴하고 구하기 쉽다”며 “향후 타이타늄 촉매의 반응성과 효율성을 높인다면 기존 올레핀 합성공정의 비용이 줄어들 것”이라고 말했다.
이번 연구는 미국 펜실베니아 대학의 대니얼 민디올라 교수 그룹과 공동으로 진행되었다. 연구결과는 27일 국제학술지 네이처 케미스트리에 게재되었다.
/문병도기자 do@sedaily.com
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