홍석봉 포스텍 환경공학부 교수.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 정유·석유화학 산업에 새로운 전환점을 제공할 것으로 기대되는 제올라이트 원천소재를 찾아냈다.

포항공과대학교(포스텍) 환경공학부 홍석봉 교수팀은 자체 개발한 합성전략인 ‘다중무기 양이온 방법’과 ‘전하밀도 비대칭 방법’을 이용, 3차원의 큰 세공1을 가진 PST-32(POSTECH no. 32)와 SBS/SBT 공생구조의 PST-2 제올라이트를 합성에 성공했다고 2일 밝혔다. 홍 교수팀은 포항가속기연구소에서 측정한 분말 X-선 회절 데이터와 전자현미경 분석을 통해 이 두 제올라이트의 구조를 규명했다.

골격이 알루미늄과 실리콘으로 이루어진 제올라이트는 내부에 분자 크기(2 나노미터 이하)의 균일한 극미 세공을 포함하고 있는 나노다공성 결정으로, 독특한 형상 선택성 때문에 현대 화학산업에서 촉매 및 분리제로 널리 사용되고 있다.

특히 둥지형(Cage-based)의 큰 세공 구조를 갖고 있는 제올라이트 Y는 원유로부터 수많은 종류의 화학제품을 생산하는 정유·석유화학 공정에 없어서는 안 될 핵심 촉매다. 현재 전 세계 원유 생산량의 약 40%가 바로 제올라이트 Y 계열 촉매에 의해 가솔린과 같이 우리의 일상생활에 필수적인 제품으로 만들어지고 있다.

홍 교수팀이 새롭게 개발한 PST-32와 PST-2는 제올라이트 Y와 구조적으로 유사하나 다른 모양과 크기의 둥지들로 이루어져 있으며 열적 안정성도 우수하다. 또한 이들 제올라이트는 연료로서 가치가 줄고 있는 경유를 분해, 기초화학 원료인 에틸렌과 프로필렌을 생산하는 반응에서 제올라이트 Y보다 더 높은 촉매 활성을 나타내는 것으로 확인됐다. 이번 연구에는 이화준 박사, 한국화학연구원 석유화학 촉매연구센터 신지호 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 홍석봉 교수는 “제올라이트 Y 계열 촉매가 전 세계 촉매 시장의 10%를 차지하고 있는 사실을 고려할 때, 사이언스가 PST-32와 PST-2의 학술적인 의미 외에도 기존 정유·석유화학 촉매 시장의 판도를 바꿀 수 있는 게임 체인저로 평가한 것 같다”며 “이번 연구가 국내 화학관련 소부장산업의 경쟁력 향상에 도움이 되길 기대한다”고 소감을 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스’ 2일자 온라인판에 게재됐다.