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몸속 효소 원리 모방한 광촉매 제작…수소생산효율 50% 향상

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작성자 개비차 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일19-04-23 17:56 조회31회 댓글0건

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IBS "상온·상압에서 작용…시간당 수소 생산량 기존 촉매의 33배"

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 친환경 에너지원으로 주목받는 수소를 생산하는 데 필요한 광(光)촉매의 효율을 획기적으로 높이는 기술이 개발됐다.

광촉매는 빛을 받아 화학반응을 매개하는 물질이다. 기존 광촉매인 이산화티타늄(TiO₂) 위에 구리 단원자를 올린 새 촉매는 지금껏 학계에 보고된 촉매 중 최고 성능을 보이는 '백금-이산화티타늄 광촉매'와 비슷한 효율을 보였다.

현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단장(서울대 석좌교수)팀은 남기태 서울대 교수, 김형준 카이스트 교수 연구팀과 함께 이런 연구 성과를 23일 국제학술지 '네이처 머티리얼스'(Nature Materials)에 발표했다.

연구진은 광촉매 효율을 높이기 위해, 몸속에서 화학반응을 이어주는 '효소'(enzyme)의 작동 원리에 주목했다. 효소는 화학반응을 매개할 때 반응을 촉진하는 '활성점'이 나오도록 구조를 바꾼다. 이 때문에 반응물질과 선택적으로 결합할 수 있어 반응 효율이 높고 반복 사용도 가능하다.

연구진은 광촉매인 이산화티타늄(TiO₂) 위에 구리 단원자를 올려 구리 원자가 효소의 활성점 기능을 하게 했다. 새 촉매는 빛을 받으면 구성 원자들끼리 전자를 주고받아 구조를 바꾸면서 화학반응을 매개했다. 반응할 때 구조를 변경했다가 다시 원구조를 되찾는다는 점이 효소와 유사하다.

구리-이산화티타늄 촉매 설계 과정(서울=연합뉴스) = 연구진은 이산화티타늄 광촉매 위에 구리 원자를 가장 안정적으로 올릴 수 있는 위치를 이론적으로 파악했다. 이후 이산화티타늄 층에 구리를 얹고, 열적으로 안정한 이산화실리콘으로 감싼 뒤 고온에서 열처리해 촉매를 완성했다. 2019.4.23 [과학기술정보통신부 제공]

연구진은 개발한 촉매를 물과 메탄올을 섞은 용액에 넣어 수소를 발생시키는 방법으로 촉매 활성도 측정했다. 반응은 상온과 상압에서 진행됐으며 쪼여준 빛은 태양광을 모사한 것으로 자외선뿐 아니라 가시광선도 포함돼 있다.

촉매는 수소를 생산할 때 빛 에너지의 40% 이상을 수소 전환에 썼다. 기존 이산화티타늄 광촉매는 빛 에너지의 30% 정도를 이용한다. 또 새 촉매는 이산화티타늄 광촉매보다 시간당 33배 더 많은 수소를 생산해냈다.

이는 지금껏 학계에 보고된 촉매 중 최고 성능을 보이는 '백금-이산화티타늄 광촉매'와 유사한 수준이라고 연구진은 설명했다.

남기태 교수는 "촉매 원재료 구매에는 그리 비용이 들지 않는다"며 "앞으로 다가올 수소 경제 시대에 새 촉매가 기여했으면 좋겠다"고 기대를 나타냈다.

IBS 연구진이 개발한 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습(서울=연합뉴스) = 구리-이산화티타늄 촉매를 수소 생산 반응에 적용한 모습. 물과 메탄올을 섞은 용액에 촉매를 넣고 빛을 가하면 수소가 나온다. 2019.4.23 [과학기술정보통신부 제공]

이산화티타늄에 붙은 구리는 회수해 재활용할 수 있는 만큼, 산업 폐기물이 발생하지 않는 것도 새 촉매의 장점이다. 현재 산업 촉매의 대부분은 수명을 다하면 폐기돼 매립되고, 이 과정에서 2차 오염을 유발해 문제가 됐다.

현택환 단장은 "상온·상압에서 안정적으로 수소를 제조할 수 있는 출발점이 될 것으로 본다"고 연구의 의의를 밝혔다.

연구진의 모습(왼쪽부터) 현택환 IBS 나노입자 연구단 단장(공동 교신저자), 이병훈 IBS 나노입자 연구단 연구원(공동 제1저자), 박승학 서울대 연구원(공동 제1저자), 남기태 서울대 교수(공동 교신저자) [과학기술정보통신부 제공]

sun@yna.co.kr

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경남에만 48개사 기업 입주
수도권서 9개사 혁신도시로 이전
[이데일리 경계영 기자] 잇단 공기업이 이전한 전국 10개 혁신도시에 입주한 기업이 1년 새 60% 넘게 늘어난 것으로 나타났다.

국토교통부가 23일 발표한 전국 10개 혁신도시의 클러스터 분양과 입주 현황을 보면 혁신도시 내 입주기업은 지난 3월 말 기준 828개사로 지난해 3월 말 514개사보다 61.1% 증가했다. 지난해 12월 말 693개사에 견줘도 석 달 새 135개사나 늘었다.

앞서 국토부는 지난해 2월 ‘혁신도시 시즌2’와 같은해 8월 ‘혁신도시 기업입주 활성화 방안’을 각각 발표했다.

가장 많은 기업이 입주한 혁신도시는 경남으로 48개사였고, 광주·전남 32개사, 부산 22개사, 대구 20개사 등이 그 뒤를 이었다. 서울·경기 등 수도권 지역에선 총 9개사가 혁신도시로 이전했다. 지식산업센터 등이 준공된 데 따른 효과라고 국토부는 풀이했다.

기업이 분양 받은 클러스터 용지는 342개 필지, 197만㎡로 계획 462개 필지, 312만4000㎡ 대비 63%가 팔렸다. 실제 입주한 클러스터 용지는 분양분 대비 35%에 해당하는 68만9000㎡로 조사됐다. 혁신도시별로는 광주·전남 3000㎡, 대구 2000㎡ 각각 늘었다.

박진열 국토부 혁신도시산업과장은 “앞으로 혁신도시가 지역성장거점으로 성장할 수 있도록 기업유치 등 혁신도시 육성 전반을 컨트롤하는 구심점 조직으로 발전재단을 설립하고, 혁신도시로 이전하는 기업의 창업 활성화를 위한 투자유치 활동 강화에도 더욱 힘쓸 계획”이라고 말했다.

국토부는 현재 혁신도시 내 산학연클러스터에 입주하는 기업과 연구소 등엔 임차료 또는 부지매입비 이자비용의 최대 80%까지 3년간 지원한다.

단위=개사, 자료=국토교통부


경계영 (kyung@edaily.co.kr)

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