델라웨어 대학이 이끄는 선구적인 팀은 플라스틱 폐기물을 액체 연료로 보다 효율적으로 변환하는 혁신적인 촉매를 개발하여 플라스틱 오염에 대한 지속 가능한 해결책의 길을 열었습니다.
델라웨어 대학교가 이끄는 연구팀은 플라스틱 오염 퇴치에 있어 중요한 돌파구를 마련했습니다. 연구팀은 기존 방식보다 플라스틱 폐기물을 더 빠르게 액체 연료로 전환하고 원치 않는 부산물을 줄이는 새로운 촉매를 개발했습니다.
플라스틱은 내구성이 뛰어나서 가치가 있지만, 미세 플라스틱이라는 작은 파편으로 남아 생태계에 침투해 인간의 건강을 위협하기 때문에 심각한 환경 문제를 야기합니다.
기존의 재활용 공정은 시간이 지남에 따라 플라스틱의 품질을 저하시켜, 전 세계의 플라스틱 폐기물의 엄청난 양을 따라잡지 못합니다.
새로운 촉매, 출판 Chem Catalysis 저널에 게재된 이 기술은 플라스틱 업사이클링, 즉 폐기물을 귀중한 자원으로 전환하는 데 있어 중요한 진전을 보여줍니다. 이 혁신은 플라스틱 오염을 크게 줄이고 지속 가능한 연료 생산을 촉진할 것으로 예상됩니다.
델라웨어 대학교 화학 및 생체 분자 공학과 로버트 K. 그라셀리 교수이자 이 연구의 수석 저자인 동기아 류는 보도자료를 통해 "플라스틱을 폐기물로 쌓아두는 대신, 업사이클링은 플라스틱을 고체 연료처럼 처리하여 유용한 액체 연료와 화학 물질로 변환할 수 있어 더 빠르고 효율적이며 환경 친화적인 솔루션을 제공합니다."라고 밝혔습니다.
이 팀의 연구는 수소가스와 촉매를 사용해 플라스틱의 폴리머를 운송과 산업용으로 적합한 액체 연료로 분해하는 방법인 수소분해에 중점을 두고 있습니다.
기존 촉매는 폴리머 분자가 촉매의 활성 부위와 상호 작용하는 데 어려움을 겪기 때문에 효율성 문제에 직면하는 경우가 많습니다.
델라웨어 대학교가 이끄는 연구팀은 나노소재의 일종인 MXene(맥스인스로 발음)을 혁신적으로 활용하여 이 문제를 해결했습니다. MXene을 메조포러스 MXene으로 변형하여 더 크고 열린 기공을 형성함으로써 용융 플라스틱이 더 자유롭게 흐를 수 있도록 하여 업사이클링 공정의 효율성을 높였습니다.
"MXene은 책의 페이지처럼 2차원 층을 형성합니다. 닫힌 책의 이러한 층들은 용융 플라스틱이 쉽게 통과하기 어렵게 만들어 촉매와의 접촉을 제한합니다."라고 화학 및 생체분자 공학과 박사 과정생인 제1저자 Ali Kamali는 덧붙였습니다. "설계를 개선하기 위해 실리카 기둥을 삽입하여 MXene 층 사이의 공간을 넓혀 반응 중 형성되는 고분자와 중간체 화합물이 더 쉽게 흐를 수 있도록 했습니다."
연구팀은 쇼핑백과 필름에 일반적으로 사용되는 플라스틱인 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 이용해 중공성 MXene이 담지된 루테늄 촉매를 테스트한 결과 놀라운 결과를 얻었습니다.
가압 반응기에서 LDPE와 촉매, 수소 가스를 결합한 반응 속도는 이전에 보고된 LDPE 수소분해 반응 속도보다 거의 두 배 빨랐습니다. 촉매는 또한 높은 선택성을 자랑하여 메탄과 같은 원치 않는 부산물을 최소화하면서 원하는 액체 연료를 생산했습니다.
"우리는 전환 속도를 높일 뿐만 아니라 연료 제품의 품질도 향상시키는 소재를 개발할 수 있었습니다. 이 발전은 나노구조 메조포러스 촉매가 플라스틱 업사이클링을 향상시킬 수 있는 잠재력을 보여주는 사례입니다."라고 류 박사는 덧붙였습니다.
연구팀은 앞으로 촉매를 더욱 개량하고 다양한 플라스틱을 처리할 수 있는 MXene 기반 촉매의 포괄적인 라이브러리를 개발할 계획입니다. 업계 파트너들과 협력하여 플라스틱 폐기물을 환경에 도움이 되고 지역 사회에 경제적 가치를 제공하는 연료와 화학물질로 전환하는 것을 목표로 합니다.
출처: 델라웨어 대학