"폐플라스틱으로 수소 만든다"…햇빛 이용한 차세대 촉매 기술 등장

버려지던 폐플라스틱이 햇빛 아래에서 수소로 다시 태어나는 기술이 개발됐다. 

기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수), 현택환 연구단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수), 김민호 교수(경희대 응용화학과 조교수)로 구성된 공동연구팀은 햇빛만으로 폐페트병에서 수소를 생산할 수 있는 친환경 고효율 광촉매 시스템을 개발했다고 11일 밝혔다.

핵심 기술은 광촉매를 고분자 하이드로겔로 감싸 안정화하는 방식이다. 이를 통해 기존 대비 내구성이 4배 이상 향상됐으며, 현장 적용성과 확장성 면에서도 높은 평가를 받고 있다.

수소는 유망한 청정에너지원이지만, 현재 널리 쓰이는 메탄 수증기 개질 방식은 고온·고압이 필요하고 온실가스를 다량 배출한다는 문제가 있다. 반면 광촉매 기반 수소 생산은 태양에너지를 활용해 온실가스 배출이 적지만, 극한 반응 조건에서 촉매의 안정성과 수명이 저하되는 한계가 있었다.

이에 연구진은 광촉매를 고분자 네트워크로 고정한 뒤, 물-공기 경계면에서 반응을 유도하는 전략을 제안했다. 이 방식은 기존 분말 촉매 대비 성능 저하 없이 수소 생산성과 내구성을 동시에 확보할 수 있었다. 실제 실험에서도 강알칼리 조건에서 2개월 이상 성능이 유지돼 내구성이 입증됐다.

수질 적응성도 탁월하다. 연구진은 바닷물과 수돗물 등 다양한 수질에서 시스템을 테스트했으며, 정상 작동을 확인했다. 또 폐페트병을 원료로 1m² 자연광 조건에서 실험해 수소 생산에 성공했다. 나아가 10~100m² 규모 시뮬레이션 및 경제성 분석을 통해 온실가스 배출 없이 저비용 수소 생산이 가능함을 입증했다.

김대형 부연구단장은 "폐플라스틱을 에너지 자원으로 전환해 환경 문제 해결과 청정에너지 확보라는 두 과제를 동시에 달성할 수 있는 새로운 방향을 제시했다"며 "재료 설계부터 반응 환경까지 통합적으로 접근함으로써 친환경 촉매 기술의 상용화 가능성을 한층 앞당겼다"고 평가했다.

현택환 연구단장은 "자연광, 폐기물, 다양한 수질 등 실제 조건에서도 고효율·고내구성을 유지할 수 있음을 입증한 매우 드문 사례"라며 "기초과학 기반 기술이 산업적 확장성과 사회적 파급력을 동시에 갖춘 만큼, 수소 기반 탄소중립 시대를 앞당기는 핵심 기술로 자리매김할 것"이라고 강조했다.

공동 제1저자인 이왕희 MIT 박사후과정 연구원은 "이번 연구는 실험실을 벗어나 실제 환경에서도 장기적으로 작동 가능한 고안정성 광촉매 시스템을 설계했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 6월 11일(한국시간), 나노기술 분야 세계 최고 권위 학술지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 38.1)’ 온라인판에 게재됐다.