음식물 쓰레기로 여겨졌던 '달걀 껍데기'를 활용해 수소를 생산하는 기술이 나왔다. 알코올을 수소로 바꾸는 반응의 촉매로 사용, 그래핀이 합성되는 결과물을 얻는 것이다.
쓰레기를 재활용하면서 수소와 그래핀을 만드는 일석삼조(一石三鳥) 기술으로 평가된다.
UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 달걀 껍데기의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)으로 '산화칼슘(CaO)'을 만들고, 이 물질이 수소와 그래핀을 만드는 촉매로 활용 가능하다는 걸 밝혀냈다.
반응 과정에서 산화칼슘 위에 탄소(C)가 얇게 쌓여 그래핀이 합성됐으며, 간단한 처리만 하면 쉽게 떼어내 쓸 수 있다.
수소는 물(H₂O)이나 탄화수소(CnH2n+2), 알코올(CnH2n+1OH) 등 수소를 포함한 물질에서 얻는다. 이때 화학 반응을 일으켜야 하는데, 반응마다 적절한 촉매가 필요하다. 산화칼슘은 '알코올에서 수소를 만들어내는 과정'에서 우수한 촉매 성능을 보였다.
알코올은 식물이나 미생물 등을 발효시켜서 얻으므로, 앞으로도 대량생산 가능한 친환경 에너지원이다. 이미 예전부터 알코올에 700℃ 이상의 높은 온도를 가해 증기로 만들면서 수소와 탄소 기반의 물질로 바꾸는 기술이 쓰이고 있다.
그러나 700℃ 이상의 고온에서는 수소 외에도 메탄, 일산화탄소, 에틸렌 등의 부산물이 발생한다. 따라서 수소만 따로 골라내는 공정이 더 필요하고, 수소 생산단가도 올라가게 된다.
백종범 교수팀은 알코올을 이용한 수소 생산의 단점을 촉매로 해결했다. 달걀 껍데기를 이용해 만든 산화칼슘을 써서 반응 온도를 500℃로 낮춘 것이다.
그 결과 생산된 기체의 99%가 수소였고, 그래핀(BNPGr)도 산(acid)으로 촉매를 제거하면 바로 쓸 수 있는 상태로 생산됐다.
백종범 교수는 "산화칼슘은 값싼 물질인 데다 달걀 껍데기를 재활용해 만들 수 있으므로 친환경적"이라며 "생산된 수소나 그래핀 모두 별다른 분리 과정 없이 이용할 수 있다는 점에서 경제성도 높다"고 설명했다.
이번 연구는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 최신호(4월 19일자)에 실려 출판됐다. 중국 지린대학교의 칭 지앙(Qing Jiang) 교수와 지-웬 첸(Zhi-Wen Chen) 연구원도 이번 연구에 참여했다. 김미영기자 myidaho@