태양빛·전기 이용, 미세플라스틱→화학연료로 변환

[아이뉴스24 정종오 기자] 미세플라스틱 해법은 인류가 풀어야 할 난제 중 하나이다. 최근 여러 관련 연구가 이어지고 있는 가운데 국내 연구팀이 미세플라스틱을 ‘업사이클링(upcycling, 업그레이드와 리사이클링 합성어. 폐기물을 새로운 활용가치를 가진 것으로 재탄생시키는 것)할 수 있는 방법을 찾아냈다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)는 신소재공학과 박찬범 교수 연구팀이 네덜란드 델프트 공과대(TU Delft) 프랭크 홀만(Frank Hollmann) 교수팀과 협력을 통해 태양빛과 전기에너지를 이용해 미세플라스틱(microplastic)을 화학연료로 변환하는 방법을 알아냈다고 17일 발표했다.

미세플라스틱 업사이클링(upcycling)과 생체촉매 반응을 접목해 다양한 고부가가치 화합물을 생성하는 데 성공했다.

플라스틱(plastic)은 현대 생활에서 필수 재료이다. 매년 약 3억9천만 톤이 전 세계적으로 생산되고 있다. 최근 코로나19 대유행 때문에 포장재와 개인 보호 장비의 사용이 증가해 플라스틱 수요가 더욱 증가했다. 대부분의 플라스틱 폐기물은 소각되거나 자연환경에 매립하는 방식으로 처리되고 있다. 환경, 경제적 문제를 일으킨다.

KAIST 신소재공학과 김진현 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구에서는 태양에너지와 전기에너지를 이용해 미세플라스틱을 업사이클링하는 광전기화학 방식을 구축했다.

연구팀은 자연에 널리 존재하는 헤마타이트(hematite)를 광촉매로 이용해 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate) 미세플라스틱을 포름산염(formate)과 아세트산염(acetate) 등 화학연료로 전환했다.

연구팀은 분광학, 광전기화학적 분석을 통해 헤마타이트의 광여기홀(photoexcited hole, 빛에 의해 원자가 띠에 존재하던 전자가 전도띠로 전이되면서 생성되는 준입자)이 해당 업사이클링 반응에 핵심적이라는 과학적 원리를 알아냈다.

연구팀은 나아가 스타벅스와 코카콜라 회사의 플라스틱 용기에서도 동일한 재활용 반응이 일어났다는 것을 입증해 해당 시스템의 실생활 적용 가능성을 입증했다.

박찬범 교수는 “이번 연구는 환경 문제를 해결하면서 지속가능한 태양-화학에너지 전환을 위한 광 전기화학적 방식을 제시했다는 것에 의의가 있다ˮ며 “미세플라스틱을 더 빠르게 업사이클링할 수 있는 광촉매를 개발하고, 여러 종류의 플라스틱을 새활용할 수 있는 방안을 찾을 계획”이라고 말했다.

관련 연구(논문명: Photoelectrocatalytic biosynthesis fueled by microplastics)는 국제학술지 ‘네이처 신세시스(Nature Synthesis)’ 10월호 표지논문으로 실렸다 .