배달음식 포장용기로 쓰이는 스티로폼 소재를 수소 저장과 운반에 재활용할 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다. 재활용률이 1%도 안 되는 폐기물을 재활용할 수 있게 됨으로써 환경 보호와 에너지 절감에 모두 기여할 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST)은 안광진 에너지화학공학과 교수와 손현태 한국과학기술연구원(KIST) 박사, 한지훈 포스텍 교수 공동 연구팀이 폐폴리스타이렌을 열분해해 액상유기수소운반체(LOHC)로 전환하는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 카탈리시스’에 이달 1일 게재됐다.
수소는 탄소 배출이 없는 친환경 에너지원으로 주목받지만 저장과 운반이 까다롭다는 단점이 있다. 수소는 상온에서 기체이기 때문에 부피가 크고 폭발성이 있어 고밀도로 압축해서 운반하는 것도 위험하다. 대신 수소를 다른 물질과 화학적으로 결합시켜 액체 상태로 보관했다가 필요할 때 다시 분리해서 꺼내쓰는 방식이 주로 쓰이고 있다. 이처럼 수소를 보관하는 그릇에 해당하는 물질을 LOHC라고 한다.
연구팀은 최근 배달음식을 담는 용기로 쓰이며 99% 이상이 버려지는 스티로폼, 즉 폴리스타이렌을 LOHC로 재활용하는 방법을 찾았다. 폴리스타이렌을 가열하면 스타이렌, 톨루엔 등 저분자 방향족 고리 물질이 분해돼 나온다. 이 물질들을 고온에서 수소 기체와 반응시켜 수소를 저장하고, 이후 탈수소화 반응으로 수소를 다시 분리해낸다.
연구팀은 수소 저장에는 루테늄 촉매, 방출에는 백금 촉매를 사용했다. 백금 촉매가 뿌려진 금속 산화물 지지체의 구조에 따라 수소 방출 효율이 크게 달라지는데 나노시트 형태 알루미늄 산화물의 반응성과 안정성이 모두 뛰어난 것으로 밝혀졌다.
연구팀은 “이번 연구는 폐폴리스타이렌에서 얻은 화합물을 실제 수소 저장·방출에 적용한 세계 최초의 사례”라며 “폐기물 활용과 수소 저장이라는 두 문제를 동시에 해결할 수 있는 전략으로서 향후 산업 현장과 정책 수립 분야에서도 활용 가능성이 높다고 본다”고 말했다.
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