EU 지원 CATACOAT 프로젝트를 통한 분자 공학의 획기적인 진전은 산업이 식물과 같이 재생가능한 탄소공급원으로 전환하도록 도울 수 있음
- 일상 생활에 필수적인 전구체 화학물질의 대부분은 화석 연료에서 파생되며, EU 산업 부문은 매년 약 700억 입방미터의 천연가스를 소비
- 이 중 약 15%가 이종 촉매라고 알려진 공정을 통해 비료에서 향미료에 이르기까지 모든 것을 만드는 화학 원료로 사용됨
- CATACOAT 프로젝트 코디네이터인 스위스로잔연방공대의 Jeremy Scott Luterbacher는 “사람들은 이를 생각하지 않으려는 경향이 있지만, 우리는 이 기술에 크게 의존하고 있다”라고 말함
- "휘발유 분자 하나, 플라스틱 분자 하나라도 이종 촉매(일반적으로 금속 산화물)와 어느 시점에서 상호 작용하지 않은 것은 없다. 이종 촉매 작용을 중단해야 한다면 사회는 매우 빠르게 기능을 멈출 것이다.”
많은 산업용 화학 물질의 원료는 화석 연료이지만, 이를 식물과 같은 재생가능한 탄소원으로 대체하기 위한 노력이 있어왔음
- 그러나 이질적인 촉매와 이러한 대체 원료 간의 예상치 못한 반응으로 인해 사용하기 어려울 수가 있음
- 이종 촉매는 식물 기반 원료에서 흔히 발견되는 물에 민감한 경향이 있으며, 처리 중에 이 물에 침출되는 금속을 포함
유럽연구위원회(ERC)의 지원을 받는 CATACOAT 프로젝트의 목표는 촉매 분자를 보호층으로 코팅하여 산소가 풍부하고 수분이 많은 화합물에서 사용할 수 있도록 해서 이러한 과제를 해결하는 것이었음
- "기본 아이디어는 비교적 간단했다. 우리는 재생 가능한 공급 원료 조건에 상당히 민감한 기존 촉매 재료를 가져와 더 내구성을 높이고 싶었다.“
- 핵심 과제는 이러한 촉매 분자가 공급원료로부터 보호되어야 하지만 한편 작동하려면 원료와 밀접하게 접촉해야 한다는 것임
- 즉, 보호층은 다공성이면서 두께가 5~50개 정도의 원자층으로 매우 얇은 층이어야 함
이를 달성하기 위해 팀은 얇은 금속 산화물층(갑옷)을 증착하는 새로운 기술을 개발하고 시험
- "이러한 촉매에 갑옷을 제공할 수 있고 이를 사용하여 식물에서 재생 가능한 탄소 공급 원료를 처리할 수 있음을 보여줄 수 있었다. 기존 촉매는 이러한 조건에서는 일반적으로 파괴되었을 것이다.“
이 주요 목표를 달성하는 동안 프로젝트 팀은 몇 가지 예상치 못한 발견을 이룸
- ”우리의 초점은 코팅층을 제어하는 데 맞춰졌다. 그 과정에서 매우 흥미로운 접근법을 개발했다“
- 연구팀이 원자 단위로 보호층을 구축하면서, 표적 분자 표면의 단일 '앵커'에서 이러한 층을 성장시켜 일종의 원자 클러스터 또는 섬을 만들 수 있다는 것을 발견
- 이 연구는 아직 초기 단계이지만, 이 기술은 과학자들에게 원자 수준에서 분자를 더 잘 제어할 수 있게 하여 더 좋고 효과적인 촉매를 만들 수 있게 될 것
- "우리는 이것이 많은 산업 분야에 적용될 수 있는 일반화가 가능한 도구가 될 수 있다고 생각한다. 이러한 응용 분야 중 일부는 효과가 있을 수 있고 일부는 효과가 없을 것이다. 지금 당장은 말할 수 없지만, 이것은 흥미로운 발전이다.“
CATACOAT 프로젝트는 Luterbacher 연구실에서 이전에 설립한 상업적 벤처에 투입되어 최첨단 연구를 시장에 출시
- "이 스핀오프는 식물에서 재생 가능한 화학 물질을 만들고 화석 연료 기반 화학 물질을 대체하는 방법을 찾는 것이다. 잠재적 최종 사용에는 향료와 향수, 생체재료와 바이오플라스틱이 포함된다.“
- Luterbacher는 또한 이 프로젝트를 통해 자신의 연구실이 이종 촉매와 식물 화학 모두에 대한 전문성을 구축하고 결합할 수 있었다고 말함
- 장기적으로 이것은 산업계가 재생 가능한 화학 물질로 나아가는 방법을 찾는 데 도움이 될 것
- "이것이 이와 같은 기초 연구가 매우 중요한 이유다. 결과가 반드시 즉시 사용 가능하지는 않지만 나중에 중요할 수 있는 아이디어에 투자해야 할 것이다.”
CATACOAT 프로젝트
- 기간 : 2017.12.01.∼09.31.
- 예산 : 약 1,785,195.00 유로 (EU 100% 지원)
- 총괄 : ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (스위스)
SOURCE: EU R&I Success Stories
