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[IT뉴스]국내 연구진, 기존보다 저렴한 석유화학 촉매 개발

온카뱅크관리자

2025-05-12 15:37:32

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 카이스트 연구팀, 석유화학 원료 ‘프로필렌’ 생산용 촉매 개발 백금보다 저렴한 갈륨·알루미나 활용…가격 낮추고 성능은 향상 
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 <img alt="갈륨(Ga)과 백금(Pt) 사이의 촉매 협업 작용을 나타낸 모식도. 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/munhwa/20250512153144085fpmo.png" data-org-width="640" dmcf-mid="YXYOSl3IlS" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/munhwa/20250512153144085fpmo.png" width="658">
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 갈륨(Ga)과 백금(Pt) 사이의 촉매 협업 작용을 나타낸 모식도. 카이스트 제공
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 석유화학 산업이 침체를 맞아 신음하고 있는 가운데, 국내 연구진이 석유화학의 핵심 연료인 ‘프로필렌’ 생산에 필요한 신개념 촉매를 개발했다. 기존의 값비싼 백금 촉매보다 저렴한 금속을 활용, 더 싼값으로 효율을 높일 수 있을 것으로 보인다. 카이스트는 최민기 생명화학공학과 교수 연구팀이 갈륨(Ga)과 알루미나(Al₂O₃) 기반 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 촉매는 고농도 백금(1만ppm)을 사용한 기존 상용 촉매와 달리, 백금을 극소량(100ppm, 0.01%)만 사용하면서도 더 뛰어난 성능을 보였다. 플라스틱, 섬유, 자동차 부품, 전자제품 등 다양한 제품 생산에 필요한 프로필렌은 프로판에서 수소를 떼어내는 ‘프로판 탈수소화’ 공정을 통해 생산할 수 있다. 이 공정에는 백금 촉매가 널리 사용돼왔다. 백금은 탄소와 수소 사이 결합을 끊고 수소를 제거하는 데 매우 효과적이지만 가격이 비싸고 반복 사용 시 성능이 저하되는 단점이 있었다. 연구팀은 백금보다 저렴한 갈륨과 알루미나를 기반으로 백금을 소량 첨가한 촉매를 설계했다. 갈륨은 프로판의 탄소-수소 결합을 활성화해 수소를 떼어내고 프로필렌을 생성하며, 백금은 표면에 남은 수소 원자들을 결합시켜 수소 기체(H²)로 전환, 촉매 표면에서 제거한다. 연구팀은 두 금속이 역할을 분담함으로써 백금 사용량을 줄이면서도 성능을 유지할 수 있다고 설명했다. 특히, 연구팀은 백금과 갈륨의 비율이 적절할 때 최적의 성능을 보였다며 이상적인 조성 비율과 예측할 수 있는 지표도 제시했다. 
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 <img alt="최민기 카이스트 교수 연구팀이 개발한 촉매와 기존 상용 촉매의 성능 비교. 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/munhwa/20250512153145565nxku.png" data-org-width="640" dmcf-mid="HoEnNahLWh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202505/12/munhwa/20250512153145565nxku.png" width="658">
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 최민기 카이스트 교수 연구팀이 개발한 촉매와 기존 상용 촉매의 성능 비교. 카이스트 제공
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 또, 기존 백금 촉매의 주요 약점이었던 ‘소결 현상’ 문제도 해결했다. 소결이란 백금 촉매를 반복 사용할 수록 백금 입자가 뭉쳐 성능이 급격히 떨어지는 현상을 뜻한다. 연구팀은 촉매에 세륨(Ce)을 소량 첨가해 백금 입자가 뭉치는 것을 억제하는 데 성공했다. 그 결과, 20회 이상 반응·재생을 반복한 뒤에도 촉매 성능이 안정적으로 유지됐다. 최민기 교수는 “이번 연구는 백금 사용량을 기존 대비 100분의 1 수준으로 줄이면서도 성능을 유지하거나 오히려 향상시킬 수 있다는 가능성을 제시했다”며 “촉매 비용 절감, 교체 주기 감소, 폐촉매 감소 등 경제적·환경적 효과를 동시에 기대할 수 있다”고 설명했다. 이어 “향후 대규모 공정 실증과 상업화 가능성도 검토할 예정”이라며 “산업 현장에 적용될 경우 프로필렌 생산의 경제성과 효율성이 크게 향상될 것”이라고 덧붙였다. 구혁 기자
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