젊은과학자 소개

KIC News, Volume 21, No. 3, 2018

KIC News, Volume 21, No. 3, 2018 45 제 정 호(Jungho Jae)

한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 선임연구원 서울시 성북구 화랑로 14길 5

02-958-5247

[약력]

1998~2005 서강대학교 화학공학과 학사

2005~2007 Carnegie Mellon University 화학공학 석사

2007~2012 University of Massachusetts at Amherst 화학공학 박사 2012~2013 University of Delaware 화학공학 박사후연구원

2013~현재 한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 선임연구원

[연구분야]

• 바이오리파이너리를 위한 나노촉매 및 반응공학

• 유기성 폐자원 에너지화를 위한 촉매 공정 기술(초임계 액화, 열분해, 수첨반응) • C1 가스 전환 및 활용을 위환 촉매 및 공정

[연구분야 소개]

본 연구실에서는 탄소 자원화를 위한 촉매 및 화학 공정에 관한 연구를 하고 있으며, 특히 목질계 바이 오매스의 수송용 연료 및 화학 원료 전환을 위한 촉매 반응 기술에 대해 중점적으로 연구하고 있다. 목질계 바이오매스는 C5-C6당(~70%)과 리그닌(~30%)이라는 방향족 고분자로 구성되어 있으며, 바이오매스 대 부분을 차지하는 당성분들은 촉매화학적으로 푸르푸랄과 같은 퓨란 화합물로 쉽게 전환될 수 있다. 따라서 바이오리파이너리 촉매 공정에서 이러한 퓨란 화합물을 고부가가치 화합물로 전환할 수 있는 새로운 반응 경로나 고활성 나노촉매 개발은 중요한 연구 주제이다. 본 연구실에서는 이러한 퓨란 화합물의 선택적인 전환을 위한 다기능성 촉매(제올라이트, 금속/산 이작용기 촉매, 금속산화물 복합촉매 등) 및 화학 반응 (Hydrogenolysis, Cycloaddition, Transfer Hydrogenation, Lactonization 등)을 연구하고 있다. 구체적으 로는 1) Ru-RuO₂복합 촉매를 이용한 퓨란화합물의 선택적 Hydrogenolysis 반응을 통한 바이오 가솔린 생산 기술[1,2], 2) 퓨란 화합물과 에틸렌의 첨가고리화 반응을 통한 방향족 BTX 생산 기술[3-5], 3) 이 원기능 제올라이트(Sn-Al-Beta)를 이용한 퓨란 화합물과 알코올의 Transfer hydrogenation 및 Hydrolysis 연속 Cascade 반응을 통한 고부가가치 화합물 생산 기술(gamma-Valerolactone, GVL)[6,7]

등을 개발하여 발표하였다.

아울러 위와 같은 당기반 화합물뿐만 아니라, 리그닌을 액체 연료화하여 발전/수송용 연료로 전환하는 촉매 공정에 대해서도 연구하고 있다. 리그닌은 다양한 탄소-산소 결합으로 연결된 폴리페놀 고분자이며, 연료 전환을 위해서는 1) 고체 형태의 리그닌을 단분자 페놀 화합물로 분해하여 저분자화하는 기술 및 2) 리그닌 분해 산물에 포함된 다량의 산소기를 효율적으로 제거하여 탈산소 탄화수소 연료로 전환하는 수 첨탈산소 촉매 공정의 두 단계 접근이 필요하다. 본 연구실에서는 리그닌 고분자의 효율적 저분자화를 위 한 열분해 및 초임계 알코올 기반의 액화 기술을 중점적으로 연구하고 있으며, 특히 이러한 고온/고압 조건

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46 공업화학 전망, 제21권 제3호, 2018

에서 리그닌 분해 효율을 증진시킬 수 있는 촉매들(메조포러스 촉매, 금속/산/염기 복합 촉매 등)에 대하여 중점적으로 연구하고 있다[8-10]. 또한 이러한 리그닌 분해 산물들을 수첨탈산소 반응을 통해 Cycloalkane과 같은 탈산소 탄화수소 연료로 전환할 수 있는 고활성 금속 나노입자 촉매 개발 연구를 수 행하고 있으며, 저온/저압의 온화한 공정 조건에서 페놀 분해 산물들의 OH기를 효율적으로 끊을 수 있는 새로운 이작용기 촉매들(Ru-ReOx, Fe-ReOx)을 개발하였다[11-13]. 그리고 상용화를 위해 이러한 개 발 촉매들을 연속 공정에 적용하고, 안정성 및 공정 조건을 최적화하는 연구 또한 병행하고 있다.

바이오매스와 더불어 최근 문제가 되고 있는 폐플라스틱(PE, PP 등)과 C1 가스(CH4, CO2) 같은 탄소 자원을 활용하고 유용 물질로 전환할 수 있는 촉매 기술 또한 연구하고 있다. 구체적으로는 바이오매스 촉 매 열분해 공정에서 폐플라스틱 및 메탄을 수소 공급원으로 활용하는 동시 개질 기술을 통하여 최종 바이 오연료 전환 효율을 증가시키는 기술을 개발하였고[14-16], 그 외 메탄 직접 전환을 통한 방향족 화합물 생산 기술, 초임계 CO2활용 기술 등을 연구하고 있다.

[참고문헌]

1. J. Jae, W. Zheng, R. F. Lobo, and D. G. Vlachos, Production of Dimethylfuran from Hydroxymethylfurfural through Catalytic Transfer Hydrogenation with Ruthenium Supported on Carbon, ChemSusChem, 6, 1158-1162 (2013).

2. J. Jae, W. Zheng, A. M. Karim, W. Guo, R. F. Lobo, and D. G. Vlachos, The Role of Ru and RuO2 in the Catalytic Transfer Hydrogenation of 5‐Hydroxymethylfurfural for the Production of 2,5‐Dimethylfuran, ChemCatChem, 6, 848-856 (2014).

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6. J. Jae, E. Mahmoud, R. F. Lobo, and D. G. Vlachos, Cascade of Liquid‐Phase Catalytic Transfer Hydrogenation and Etherification of 5‐Hydroxymethylfurfural to Potential Biodiesel Components over Lewis Acid Zeolites, ChemCatChem, 6, 508-513 (2014).

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