달걀 껍데기를 활용해 수소와 그래핀(Graphene·탄소 원자가 육각형으로 결합한 구조의 신소재)을 생산하는 기술을 국내 대학 연구팀이 최초로 개발했다.
울산과학기술원(UNIST)은 백종범 에너지 및 화학공학부 교수팀이 달걀 껍데기 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)으로 만든 산화칼슘(CaO)을 수소와 그래핀을 만드는 촉매로 활용할 수 있다는 점을 밝혀냈다고 21일 밝혔다.
연구진에 따르면 수소는 물, 탄화수소, 알코올 등 수소를 포함한 물질에 화학 반응을 일으켜 얻는다. 각 화학 반응마다 적절한 촉매가 필요한데, 산화칼슘은 알코올에서 수소를 만들어내는 과정에서 우수한 촉매 성능을 보였다.
알코올은 식물이나 미생물 등을 발효시켜 얻으므로, 앞으로 계속 대량생산이 가능한 친환경 에너지원이다. 예전부터 700도 이상의 고온을 가해 알코올을 증기로 만들면서 수소와 탄소 기반 물질로 바꾸는 기술이 쓰이고 있다. 하지만 700도 이상에서는 수소 외에도 메탄과 일산화탄소 등 부산물이 함께 발생한다. 이 때문에 생산된 기체 중에서 수소만 따로 골라내는 공정이 더 필요하고, 수소 생산단가도 더 올라가게 된다.
백 교수팀은 이런 단점을 촉매로 해결했다. 달걀 껍데기를 이용해 만든 산화칼슘을 써서 반응 온도를 500도로 낮춘 것이다. 그 결과 생산된 기체의 99%가 수소였고, 덩달아 산(acid)으로 촉매(산화칼슘)를 제거하면 바로 쓸 수 있는 상태의 그래핀까지 생산됐다. 음식물 쓰레기에 불과한 달걀 껍데기를 재활용하면서, 동시에 수소와 그래핀을 만드는 ‘일석삼조’ 효과를 거둔 셈이다.
백 교수는 “산화칼슘은 값싼 물질인 데다 달걀 껍데기를 재활용해 만들 수 있어 친환경적”이라면서 “생산된 수소나 그래핀 모두 별다른 분리 과정 없이 이용할 수 있다는 점에서 경제성도 높다”고 밝혔다. 이어 그는 “이번 연구가 에탄올을 비롯한 바이오 자원을 활용하는 데 큰 도움이 되길 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’(Advanced Materials) 19일 자에 게재됐다.방종근 기자 jgbang@kookje.co.kr
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| UNIST 백종범(왼쪽) 교수가 달걀 껍데기와 알코올의 변환 반응을 진행한 뒤 생성된 들어 보이고 있다. UNIST제공
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