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스위스 PSI(Paul Scherrer Institute)와 취리히 연방공과대학(ETH Zurich)의 연구진은 보다 효율적인 제올라이트를 만들 수 있는 새로운 연구결과를 발표했다. 제올라이트는 화학 산업에서 필수불가결한 첨가제이고 1960년대부터 정유 공장의 촉매제로 사용되고 있다. 이 화합물은 재생 가능한 자원을 기반으로 하는 바이오 경제에 매우 유용하게 적용될 수 있다.화석 연료 기반의 경제를 지속 가능한 바이오 경제로 전환하기 위해서는 화석 자원을 재생 가능한 원료로 대체해야 한다. 화학 산업의 수많은 제품은 석유를 원료로 사용하고 있는데, 이것을 목재, 옥수수, 짚으로 대체할 수는 없다. 식물은 석유와는 완전히 다른 종류의 분자로 구성되어 있기 때문이다. 자동차에 동력을 공급하거나 플라스틱 또는 약물을 생산하는데 재생 가능한 원료를 적용하려면 화학적 변환을 해야 한다. 이것을 가능하게 하는 것이 촉매이고, 이런 촉매를 통해서 화학 반응을 유도한다.가장 유망한 촉매는 알루미늄, 산소, 실리콘으로 만들어진 제올라이트이다. 제올라이트는 자연적으로 발생하거나 합성을 통해 생성되기도 한다. 이 물질은 화학 산업에서 가장 중요한 촉매제 중의 하나이다. 1960년대 이후부터 긴 탄화수소 사슬을 짧은 사슬로 분리하는 공정에서 사용되고 있다.제올라이트는 바이오매스를 산업계에서 필요한 분자들로 전환시킬 수 있는 바이오경제로의 전환을 촉진한다. 그러나 제올라이트에 대한 연구는 막다른 길에 도달했다.바이오경제를 위한 촉매 개발을 위해서 전 세계 과학자들은 주석, 티타늄, 지르코늄 원자를 포함하는 제올라이트를 연구하고 있다. 그러나 성능을 더 높을 수는 없다. 따라서 이번 연구진은 실리콘, 알루미늄, 산소로만 구성된 고전적인 제올라이트로 돌아갈 것을 권장하고 있다. 이런 고전적인 제올라이트는 매우 효율적인 촉매제이다. 또한 특정 목적이나 필요에 따라서 개질할 수 있다.알루미늄 원자는 이런 제올라이트에서 중요한 요소이다. 이것들은 제올라이트 구조에 단단하게 고정되어 있다가 가열 등을 통해 방출될 수 있기 때문에 바이오경제의 중요한 반응을 촉매할 수 있다.이번 연구진은 알루미늄 원자의 반응 특성을 조사했고, 기존 연구와는 불일치하는 점을 발견했다. 알루미늄 원자가 반응을 촉매하는 방식은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡했다. 모든 알루미늄 원자들이 화합물에서 완전히 방출되는 것이 아니었다. 제올라이트 속에 세 가지 유형의 알루미늄 원자가 공존한다(골격에 여전히 부착되어 있는 것, 부분적으로 분리된 것, 완전히 분리된 것). |
