미세먼지 주범이 돈되는 물질로 변했다

GIST 최창혁 교수, 일산화질소를 섬유 원료로 변환

미세먼지. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 미세먼지 원인 물질을 고부가가치 화합물로 만드는 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)는 신소재공학부 최창혁 교수팀이 한국과학기술원(KAIST) 김형준 교수, 숙명여자대 김우열 교수팀과 함께 일산화질소를 하이드록실아민으로 바꾸는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

연구진은 추가적인 외부 에너지 공급 없이 50시간이 넘도록 일산화질소를 하이드록실아민으로 바꾸는데 성공했다. 또한 일산화질소가 하이드록실아민으로 바뀌는 전환율도 60%를 유지했다. 즉 이 기술의 실용적 활용 가능성을 확인한 것이다.

연료전지 시스템 내 일산화질소 전환 및 하이드록실아민 생산량 결과. 왼쪽 그래프는 기존 기술 수준과 연구진이 개발한 신기술의 결과 비교. 오른쪽 그래프는 외부 에너지 공급 없이 50시간동안 안정적으로 하이드록실아민을 생산해냈다. GIST 제공

최창혁 교수는 "이번 연구 성과는 미세먼지의 중요원인인 질소산화물의 저감과 동시에 섬유 생산의 원재료 확보뿐 아니라 그린수소 저장 등 1석 3조 이상의 활용이 가능하다"고 말했다.

하이드록실아민은 나일론 원료인 카프로락탐을 만드는 주원료다. 상온에서는 액체로 존재하며 암모니아와 비슷해 그린수소 사회의 효과적 수소저장 물질로 여겨지고 있다. 뿐만아니라 사진 처리, 가죽 태닝 및 기타 폴리머 제조에 사용하는 고부가가치 원료다.

연구진은 일산화질소가 질소산화물 전환과정에서 생성물 종류를 결정하는 핵심 중간물질이라는 사실에 주목했다. 연구진은 반응 경로를 제어하기 위해 철 단원자 촉매를 사용했다.

철 촉매를 사용한 여러 분광학 기초실험을 통해 산화된 단원자 철 이온이 일산화질소의 환원을 촉진한다는 것을 찾아냈다.

더 나아가 하이드록실아민의 생산량 제어에 성공했다. 반응 메커니즘을 분석한 결과, 단원자 철 이온에 달라붙은 일산화질소 주변 전기장의 세기에 따라 반응 경로가 변했다.

최 교수는 "향후 배기가스 등 환경오염물질을 우리의 삶에 유용한 물질로 전환하는 친환경 시스템 확립이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구결과는 세계적인 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)'에 25일자로 온라인 게재됐다.

한편, 지구 대기의 78% 정도를 차지하는 매우 풍부한 원소인 질소는 육상, 해양, 대기를 순환하며 인류를 포함한 생태계의 생존에 매우 중요한 역할을 한다.

그러나 축산업, 농업, 운송업, 산업 및 에너지 부문에 대한 수요 증가는 막대한 양의 질소산화물을 유입시켰으며, 이로 인한 지구 내 질소 순환계의 심각한 불균형은 산성비, 토양 산성화, 수질 오염 등의 환경오염뿐만 아니라 최근 심각한 사회문제로 대두되고 있는 미세먼지의 근본적인 원인으로 지목되고 있다.

[e-mail] 김만기 기자