고려대, 물·전기로만 에폭사이드 생산하는 기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 물과 전기로만 에폭사이드를 생산하는 기술을 개발했다.

왼쪽부터 교신저자인 진경석 교수, 제1저자인 김수연 석사(사진=고려대 제공)

고려대는 진경석 화학과 교수팀이 네덜란드·이화여대·한국기초고학지원연구원과의 공동 연구에서 이런 성과를 거뒀다고 4일 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 신진연구자사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제 학술지(Journal of the American Chemical Society) 1월 29일자로 게재됐다.

에폭사이드(Epoxide)는 화학산업에서 반응성이 뛰어난 중간체로 활용된다. 에폭시 수지, 접착제, 코팅제 등의 생산에 필수적인 원료이기 때문이다. 또한 다양한 화학 반응을 통해 의약품·농약·계면활성제 제작 등 고부가가치 화합물로 변환될 수 있어 산업적으로도 중요한 소재로 평가받는다.

가장 대표적인 에폭사이드는 산화에틸렌(Ethylene oxide)이다. 산화에틸렌은 주로 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 계면활성제, 플라스틱, 섬유, 접착제, 에폭시 수지 합성에 활용된다. 또한 살균제와 의료기기 소독제로도 사용된다. 특히 에틸렌글리콜 생산에도 사용되는데 에틸렌글리콜은 자동차 부동액과 폴리에스터 섬유 제조에 필수적이다.

현재 에폭사이드 생산은 주로 열화학 공정 기반의 올레핀 산화 반응을 통해 이뤄진다. 산화에틸렌은 주로 에틸렌을 고온·고압의 환경에서 산소 또는 공기와 반응시키는 직접 산화법으로 생산되며 이 과정에서 은(Ag) 촉매가 사용된다. 다만 이 공정은 높은 에너지 소비와 이산화탄소 배출 등의 환경 문제로 대체 공정이 필요한 상황이다.

진경석 교수 공동 연구팀은 이러한 한계점을 극복하고자 코발트 기반의 무기 촉매를 이용했다. 전기화학적으로 올레핀을 전환, 에폭사이드를 생산하는 새로운 방법론을 제시한 것이다.

공동 연구팀은 폭발성이 있는 산소 대신에 물을 산화 반응의 원천으로 사용해 친환경적이면서 안전한 전환 공정을 개발했다. 이 공정은 20개의 다양한 올레핀 화합물에 적용이 가능하며 높은 전환효율을 가진다. 고려대는 “이번 연구 결과는 친환경적 전기화학 공정을 통해 온실가스의 배출 없이 화학산업의 중요 화합물을 생산하는 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받고 있다”고 설명했다.