에너지·바이오화학융합연구소 공동연구팀, 자기 재생 전기촉매로 지속 가능한 바이오플라스틱 단량체 전환 기술 개발

우리 대학 에너지·바이오화학융합연구소(소장 강명종)가 한국화학연구원, 한국에너지기술연구원과 공동으로 태양광과 자기 재생 전기촉매를 활용해 바이오매스 유래 화합물을 고부가가치 바이오플라스틱 단량체로 효율적으로 전환할 수 있는 지속 가능한 친환경 시스템을 개발했다.

이번 연구에는 우리 대학 김경서 석사과정생(화학과 24), 강명종 교수(화학과), 한국화학연구원 바이오화학연구센터, 한국에너지기술연구원이 공동으로 참여하였으며, 연구 성과는 세계적인 학술지 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’에 게재되었다.

공동연구팀은 Cu 폼(Cu foam)을 지지체로 사용하고, 그 위에 Cu(OH)₂와 NiCu Layered Double Hydroxide (NiCu-LDH)를 순차적으로 성장시킨 전극을 제작하여, 바이오매스 유래 화합물인 5-하이드록시메틸푸르푸랄(5-HMF)을 바이오플라스틱 단량체 2,5-푸란디카르복시산(FDCA)으로 전환하는 전기화학적 산화 반응을 촉진하는 데 성공했다.

FDCA는 친환경 플라스틱의 핵심 단량체로 사용되는 고부가가치 화학물질로, 바이오매스 유래 소재를 활용해 제조할 수 있다는 점에서 자원 순환 및 환경 보호에 기여할 수 있는 고부가가치 화학물질로 주목받고 있다.

개발된 전극은 5-HMF 전환율 98.5%, FDCA 수율 96.2%, Faradaic 효율 96% 이상이라는 탁월한 성능을 보였으며, 반응 후 전극을 새로운 전해질에 간단히 담그는 것만으로 촉매 성능이 자체적으로 재생(Self-regenerating)되는 특성을 보여, 전기화학 촉매의 내구성과 지속 가능성을 크게 향상시켰다.

또한, 본 연구에서는 신재생에너지 활용을 위해 태양전지와 결합된 복합적 시스템을 구현하여, 전기화학 촉매 반응 간의 전기 에너지 소비를 줄이면서도 높은 효율을 유지하는 친환경 공정 모델을 제시했다.

한편, 이번 공동연구는 2024년 11월 체결된 국립강릉원주대학교 에너지·바이오화학융합연구소와 한국화학연구원 바이오화학연구센터 간의 학-연 공유·협업을 위한 업무협약(MOU)의 일환으로 수행되었다.