GIST, 태양광 기반 ‘무전압 업사이클링’ 기술 개발

광주과학기술원(GIST)이 외부 전력 없이 태양광만으로 산업 폐기물을 고부가가치 화학물질로 전환하는 ‘무전압 업사이클링(Bias-free Upcycling)’ 기술을 개발했다.

GIST는 4일 신소재공학과 이상한 교수 연구팀이 유기반도체 기반 광전극과 니켈-철-인(Ni-Fe-P) 촉매를 결합한 광전기화학 시스템을 통해, 바이오디젤 산업의 폐기물인 글리세롤과 수질 오염 물질인 질산염(NO₃⁻)을 각각 포름산과 암모니아로 전환하는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 기술은 외부 전력 공급 없이 태양광만으로 작동한다. 기존 업사이클링 기술이 높은 전압과 낮은 반응 선택성으로 상용화에 어려움이 있었던 문제를 개선했다.

연구팀은 질산염 환원과 글리세롤 산화 반응을 동시에 처리할 수 있는 Ni-Fe-P 촉매를 개발하고, 유기반도체 광전극에 금속 호일 캡슐화를 적용해 시스템의 내구성과 안정성을 향상시켰다.

실험 결과, 해당 시스템은 제곱센티미터당 11.04밀리암페어(mA/cm²)의 전류밀도를 기록했으며, 포름산과 암모니아 생성에 대해 각각 95% 이상의 반응 선택성과 활성도를 보였다.

생성된 암모니아는 비료, 플라스틱, 냉매, 수소 저장 등 다양한 분야에 활용된다. 포름산은 방부제, 염색제 외에 수소 운반체 및 연료전지용 액체 연료로 주목받고 있다.

이 교수는 “태양광만으로 작동하는 무전압 업사이클링 시스템의 상용화를 앞당긴 기술”이라며 “지속 가능한 화학 전환 공정 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 개인기초연구사업(중견연구) 및 미래수소원천기술개발사업 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 8월 1일자 온라인판에 게재됐다.

손동민 기자/ hello@sciencewave.kr