박은덕 연구실
에너지시스템학과 박은덕
박은덕 연구실은 에너지시스템학과 소속으로, 촉매화학공학을 기반으로 한 다양한 에너지 및 환경 관련 촉매 기술 개발에 집중하고 있습니다. 본 연구실은 메탄, 암모니아, 메탄올 등 C1 가스를 고부가가치 화합물로 전환하는 혁신적 촉매 시스템을 설계하고, 이를 통해 청정에너지 생산 및 온실가스 저감에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.
특히, 메탄의 직접 산화 반응을 통한 메탄올, 포름산, 메탄 산화체 등 유용 화합물 생산에 관한 연구는 국내외적으로도 높은 수준의 성과를 내고 있습니다. 금속/제올라이트 기반 촉매, 코어-쉘 구조 촉매, 탄소 표면처리 전이금속 촉매 등 다양한 첨단 촉매를 개발하여, 메탄의 선택적 전환 효율을 극대화하고 있습니다. 이러한 연구 결과는 다수의 특허 출원 및 논문 발표로 이어지고 있으며, 실용화 가능성도 높게 평가받고 있습니다.
수소 생산 분야에서도 암모니아 분해, 메탄 열분해, 메탄올 개질 등 다양한 경로를 통한 고효율 수소 생산 촉매를 개발하고 있습니다. 연료전지 시스템에 적용 가능한 선택적 CO 산화, 메탄화, 수성가스 전환 촉매 등도 연구하여, 고순도 수소 공급 및 연료전지의 내구성 향상에 기여하고 있습니다. 또한, 촉매의 장기 안정성, 내오염성, 공정 통합성 등 실용화에 필요한 요소기술 개발에도 힘쓰고 있습니다.
환경 촉매 분야에서는 NOx, CO, VOCs 등 대기오염물질의 저감 및 제거를 위한 선택적 촉매 시스템을 개발하고 있습니다. 저온 SCR, 선택적 산화, 흡착-촉매 복합 시스템 등 다양한 반응 메커니즘을 활용하여, 산업 및 도시 환경에서 적용 가능한 친환경 촉매 기술을 연구하고 있습니다. 배기가스 정화, 연료전지 시스템 내 불순물 제거, 산업용 가스 정제 등 다양한 응용 분야에 맞춘 맞춤형 촉매 솔루션도 제공하고 있습니다.
이외에도, 바이오매스 전환, 폐자원 활용, 신재생에너지 소재 개발 등 에너지 및 환경 분야의 다양한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 박은덕 연구실은 국내외 산학연 협력 및 정부 과제 수행을 통해, 에너지·환경 촉매 분야에서 세계적 수준의 연구역량을 갖추고 있으며, 지속가능한 미래 에너지 및 환경 기술 발전에 앞장서고 있습니다.
Fischer-Tropsch Synthesis
Methane Transformation
Catalytic Process Development
촉매를 이용한 메탄의 고부가가치 화합물 전환
본 연구실은 메탄을 비롯한 C1 가스를 고부가가치 화합물로 전환하는 촉매 개발에 중점을 두고 있습니다. 메탄은 지구상에 풍부하게 존재하는 자원임에도 불구하고, 화학적으로 매우 안정하여 직접적인 화학적 전환이 어렵다는 한계가 있습니다. 이에 따라 본 연구실은 메탄을 메탄올, 포름산, 메탄 산화체 등 다양한 산소화합물로 전환할 수 있는 혁신적인 촉매 시스템을 개발하고 있습니다.
특히, 금속/제올라이트 기반 촉매, 코어-쉘 구조 촉매, 탄소 표면처리 전이금속 촉매 등 다양한 형태의 촉매를 설계 및 합성하여, 메탄의 선택적 산화 반응 효율을 극대화하는 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 상온·상압 조건에서 메탄을 포름산 및 액상 산화체로 전환하는 금속촉매 기술을 개발하여 관련 특허도 다수 출원하였습니다. 이러한 연구는 메탄의 직접 전환을 통한 에너지 및 화학산업의 패러다임 전환에 기여하고 있습니다.
이와 더불어, 메탄의 전환 과정에서 발생할 수 있는 촉매의 비활성화, 선택성 저하, 반응 조건 최적화 등 다양한 공정적 문제를 해결하기 위한 기초 및 응용 연구도 병행하고 있습니다. 이를 통해 메탄의 효율적 활용과 온실가스 저감, 청정에너지 생산 등 지속가능한 미래 에너지 시스템 구축에 기여하고자 합니다.
수소 생산 및 청정에너지 촉매 기술
본 연구실은 수소 생산을 위한 다양한 촉매 반응 및 시스템 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 암모니아 분해, 메탄 열분해, 메탄올 및 기타 탄화수소의 개질 반응 등 다양한 경로를 통한 수소 생산 촉매를 개발하여, 고효율·저비용의 청정 수소 생산을 목표로 하고 있습니다. 특히, 루테늄, 니켈, 코발트 등 전이금속 기반 촉매의 구조적·화학적 특성을 정밀하게 제어함으로써, 높은 활성과 내구성을 동시에 확보하는 연구를 수행하고 있습니다.
수소 생산 과정에서의 일산화탄소, 이산화탄소 등 불순물의 선택적 제거를 위한 촉매 기술도 중요한 연구 주제입니다. 연료전지 시스템에 적용 가능한 선택적 CO 산화 촉매, 메탄화 반응 촉매, 수성가스 전환 촉매 등 다양한 촉매 시스템을 개발하여, 고순도 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 기반 기술을 확보하고 있습니다. 또한, 촉매의 장기 안정성, 내오염성, 공정 통합성 등 실용화에 필요한 요소기술 개발에도 집중하고 있습니다.
이러한 연구는 미래 수소경제 실현과 탄소중립 사회로의 전환에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 본 연구실은 국내외 산학연 협력 및 정부 과제 수행을 통해, 수소 생산 및 활용 전주기에 걸친 혁신적 촉매 기술을 선도하고 있습니다.
환경 촉매 및 대기오염 저감 기술
본 연구실은 환경 촉매 분야에서도 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 휘발성유기화합물(VOCs) 등 대기오염물질의 저감 및 제거를 위한 선택적 촉매 시스템 개발에 주력하고 있습니다. 저온 선택적 촉매 환원(SCR), 선택적 산화, 흡착-촉매 복합 시스템 등 다양한 반응 메커니즘을 활용하여, 실제 산업 및 도시 환경에서 적용 가능한 친환경 촉매 기술을 연구하고 있습니다.
촉매의 활성, 선택성, 내구성 향상을 위해 금속 산화물, 귀금속, 메조/마이크로 다공성 소재 등 다양한 촉매 지지체와 활성종을 설계하고, 반응 메커니즘 규명 및 촉매 구조-성능 상관관계 분석을 통해 최적의 촉매 시스템을 도출하고 있습니다. 또한, 배기가스 정화, 연료전지 시스템 내 불순물 제거, 산업용 가스 정제 등 다양한 응용 분야에 맞춘 맞춤형 촉매 솔루션을 개발하고 있습니다.
이러한 환경 촉매 연구는 대기질 개선, 산업 공정의 친환경화, 온실가스 및 유해가스 저감 등 사회적 요구에 부응하는 핵심 기술로, 지속가능한 미래 환경 조성에 기여하고 있습니다.
1
Pt-Ru decorated WO3-based photocatalyst-assisted electrolysis hybrid cell for hydrogen production
박은덕, 채상윤, 윤노영, 주오심, Adeel Mehmood
APPLIED SURFACE SCIENCE, 202502
2
Origin of Enhanced Photoelectrochemical Activity of the n-CdS/p-type Semiconductor Interface: Homojunction or Heterojunction?
박은덕, 채상윤, 전민기, 윤노영, 주오심, 김진영
Small, 202501
3
Mitigating Green Oil Deactivation in Acetylene Hydrogenation Using Carbon-Supported Pd Catalysts
박은덕, 김석기, 황석영, 황영빈, 황현욱, 김단실, 이지영, 황종국
ADVANCED ENERGY & SUSTAINABILITY RESEARCH, 202412
1
고선택성 메탄 산화체 제조용 비균질계 촉매 개발
2
차세대 청정연료 고급트랙(가스화 및 화학적 전환기술 중점)
3
(총괄)C1 가스 활성화 및 고부가가치화 원천 촉매기술 개발
