버려진 효모로 '물분해 촉매' 만든다

과학 / 이종호 기자 / 2020-04-09 18:16:36
유니스트 김광수 교수팀, 효모 지지체로 수소 촉매 개발
▲효모 구조와 효모로 만든 전기화학촉매. 버려진 효모(왼쪽)에서 루테늄 단일원자와 자철광을 이용해 수소와 산소를 발생하는 탁월한 물 분해 촉매(오른쪽)를 개발했다. 유니스트 제공.

 

[울산저널]이종호 기자= 버려진 효모를 이용해 물을 전기분해하는 촉매를 합성하는 방법이 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 화학과 김광수 교수팀은 버려진 효모를 이용해 물을 수소와 산소로 분리할 값싼 촉매 물질을 합성하는 데 성공했다. 새로운 촉매는 효모 기반 지지체에 루테늄(Ru)과 철(Fe) 기반 물질을 입혀 만들었다.

 

물 분자(H₂O) 속 수소와 산소는 아주 강하게 결합하고 있어서 이를 끊으려면 백금(Pt, 수소 발생 반응용)이나 이리듐(Ir, 산소 발생 반응용) 같은 촉매가 필요하다. 하지만 백금이나 이리듐은 희귀하고 가격이 비쌀 뿐 아니라 내구성도 떨어진다.

 

생명체인 효모는 다 쓰고 버려지더라도 전기전도도를 높이거나 다른 물질을 붙잡아 금속입자를 고정하는 데 도움이 되는 탄소(C), 인(P), 황(S), 질소(N) 같은 물질이 풍부하다. 

 

연구팀은 버려진 효모를 지지체로 삼아 수소 발생 반응이 일어나는 음극용 촉매에는 효모에 루테늄 금속 나노입자와 루테늄 단원자를 입혔고, 산소 발생 반응이 일어나는 양극용 촉매에는 효모에 자철광(Fe₃O₄)을 입혔다.

 

음극 촉매는 전기.화학적 성능과 내구성에서 백금 촉매보다 성능이 매우 뛰어났고, 양극 촉매도 이리듐 촉매보다 훨씬 뛰어났다. 특히 일반 건전지 수준의 전기에너지를 만드는 태양전지(1.74V 생산)를 이용해도 충분한 물 분해 반응(최대 30mA의 전류밀도 기록)을 얻을 수 있었다. 또 태양광을 비춰주는 것만으로도 물을 산소와 수소로 분해할 수 있었다.

 

김광수 교수는 "버려지는 효모는 친환경적이고 값싼 재료인 데다 쉽게 구할 수 있는 바이오매스"라며 "효모에서 얻은 물질을 지지체로 써서 루테늄이나 철 기반 물질을 입히면서 비율을 최적화해 좋은 성능을 가진 촉매를 얻을 수 있었다"고 설명했다.

 

티와리 유니스트 자연과학부 연구교수가 공동교신저자로 참여한 이 연구는 <네이쳐 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)>지에 6일자로 출판됐다.


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