폴리스타이렌을 액상 유기 수소 운반체로 업사이클링 하는 것을 그림으로 표현한 것. 채널 표지 이미지. UNIST 제공스티로폼으로 대표되는 폴리스타이렌의 재활용률을 높이고 저장과 분리가 까다로운 수소를 보다 쉽게 다룰 수 있는 길이 열렸다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 안광진 교수팀은 폐폴리스타이렌을 열분해해 액상 유기 수소 운반체(LOHC)로 전환하고, 저장된 수소를 고순도로 회수하는 전 주기 시스템을 개발했다고 6일 밝혔다.
이번 연구는 한국과학기술원(KIST) 손현태 박사, 포항공과대학교(POSTECH) 한지훈 교수팀과 함께 공동으로 진행됐다.
LOHC는 폴리스타이렌 물질의 고리형태 화학 구조에 수소를 결합시켰다가, 열과 촉매로 다시 떼어내 쓸 수 있는 수소 저장 매체를 말한다.
액체 상태라 상온·상압에서 장기간 보관할 수 있다. 기존 석유 운송망과도 호환된다.
연구팀은 폴리스타이렌이 방향족 고리를 많이 포함하고 있는 고분자 물질이라는 점에 착안해 이 같은 기술을 개발했다.
폴리스타이렌을 가열하면 스타이렌, 톨루엔 등 저분자 방향족 고리 물질이 분해돼 나온다.
이 물질들을 고온에서 수소 기체와 반응시켜 수소를 저장한다. 이후 탈수소화 반응으로 수소를 다시 분리해낸다.
사진 왼쪽부터 안광진 UNIST 교수, 손현태 KIST 박사, 한지훈 POSTECH 교수, 이현건 UNIST 연구원(제1저자). UNIST 제공수소 저장·분리에는 촉매가 쓰였다.
저장에는 루테늄 촉매, 방출에는 백금 촉매가 각각 사용됐다. 백금 촉매가 뿌려진 금속 산화물 지지체의 구조에 따라 수소 방출 효율이 크게 달라진다.
나노시트 형태 알루미늄 산화물의 반응성과 안정성이 모두 뛰어난 것으로 나타났다.
공정 효율과 경제성도 함께 분석됐다.
공정 중 발생하는 폐자원을 연소해 자체 열원으로 활용함으로써 에너지 소비를 줄이고 폴리스타이렌 처리량도 늘릴 수 있었다.
공동연구팀은 "이번 연구는 폐폴리스타이렌에서 얻은 화합물을 실제 수소 저장·방출에 적용한 세계 최초 사례"라고 밝혔다.
또 "폐기물 활용과 수소 저장이라는 두 문제를 동시에 해결할 수 있어 산업 현장과 정책 수립 분야에서 활용 가능성이 높다"고 했다.
연구 성과는 세계적인 학술지 '에이씨에스 카탈리시스(ACS Catalysis)'의 후면 표지 논문으로 선정돼 8월 1일 출판됐다.