- 저온 정밀 촉매 반응으로 고순도 고리형 알켄 생산… 수율 82%, 선택성 92% 달성
KAIST(한국과학기술원)는 폐타이어를 고순도의 고리형 알켄(cyclic alkene)으로 전환하는 촉매 기반 재활용 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 알켄은 합성고무나 나일론 섬유 원료로 사용되는 핵심 화학물질이다.
폐타이어는 합성고무와 천연고무가 섞인 복합재료로, 강도 향상을 위한 첨가제가 포함돼 있어 열과 압력에 매우 강하다. 이로 인해 기존의 열분해 또는 물리적 분쇄 방식은 재활용 효율이 낮고, 생성되는 탄화수소 혼합물의 품질도 떨어지는 한계가 있었다.
① 이중결합 위치를 바꾸어 반응성을 높이고
② 온도와 반응 조건을 조절해 원하는 물질만 선택적으로 만들며
③ 루테늄 촉매를 이용해 고무 분자를 잘게 쪼개 고리 구조 화합물을 만든다.
이 방식은 낮은 온도에서 작동하고, 기존 열분해보다 효율적이면서도 원하는 물질을 정확히 얻을 수 있다.
[사진=KAIST]
KAIST 생명화학공학과 홍순혁 교수 연구팀은 두 단계 촉매 반응을 통해 이러한 문제를 해결했다. 첫 번째 촉매는 고무 내 결합 구조를 재배열해 분해를 용이하게 만들고, 두 번째 촉매는 고리형 화합물 형성을 유도해 목적 물질을 정밀하게 생산한다. 연구팀은 이 과정을 통해 최대 92%의 높은 선택성과 82%의 수율을 달성했다고 밝혔다.
특히 기존 열분해 방식과 달리 낮은 온도에서 정밀한 촉매 반응으로 고부가가치 원료를 안정적으로 생산할 수 있다는 점에서 산업적 활용 가능성이 주목된다.
홍 교수는 “재활용 공정의 경제성을 높이기 위해 차세대 고효율 촉매를 지속적으로 개발하고, 상용화 기반을 확충할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제학술지 Chem 6월 18일 자 온라인판에 게재됐다.
김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr
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