'온난화 주범' 이산화탄소가 효자될까…연료변환 촉매 개발

'온난화 주범' 이산화탄소가 효자될까…연료변환 촉매 개발

KAIST 송현준 교수팀 '99％ 순수연료로 바꾸는 광촉매' 내놔

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 화학과 송현준 교수 연구팀이 탄산수에 포함된 이산화탄소를 99％ 순수한 메탄 연료로 바꿔주는 금속산화물 혼성 광나노촉매를 개발했다고 9일 밝혔다.


태양광은 차세대 에너지원으로 주목받으나, 해가 떠 있는 동안에만 에너지를 저장할 수 있다는 한계가 있다.

태양광 에너지를 연료 등 화학에너지로 직접 변환할 수 있다면 이런 문제점을 해결할 수 있다.

이 때문에 학계에선 온난화 주범으로 지목되는 이산화탄소를 태양광을 이용해 변환하는 기술 연구가 활발하게 진행 중이다.

매우 안정적인 물질인 이산화탄소는 다른 분자로 변환하기 어려워 효율과 선택성 좋은 촉매를 개발하는 게 연구의 핵심이다.

송현준 교수 연구팀은 선크림에 주로 사용되는 아연산화물 나노입자를 합성하고서 표면에 구리산화물을 성장시켜 나노 구조체를 만들었다.

구리산화물은 빛을 받으면 높은 에너지를 가진 전자를 생성하는데, 이는 탄산수에 녹은 이산화탄소를 메탄으로 바꿔주는 역할을 한다.

아연산화물은 빛을 받아 전자를 생성한 뒤 구리산화물로 전달하는 역할을 한다.

나뭇잎에서 일어나는 광합성 현상과 유사한 원리를 통해 반응 시간이 오래갔다고 연구팀은 설명했다.

송 교수 연구팀은 나노 화학 합성 방법을 이용해 촉매 입자 구조를 일정하게 조절하고 높은 표면적을 유지했다.

그랬더니 기존 촉매보다 수용액에서의 이산화탄소 변환 활성이 수백 배 증가했다.

연구팀 관계자는 "수용액에서 반응 실험을 했는데도 이산화탄소에서 99％의 순수한 메탄을 얻을 수 있었다"며 "나노 수준에서 촉매 구조를 정밀하게 조절할 수 있다면 광촉매 반응 효율 향상과 원리 연구에 큰 도움을 줄 것"이라고 말했다.


이번 연구는 값싼 촉매 물질을 이용해 반응 효율과 선택성을 크게 높인 화학에너지 저장방법을 구현했다는 의의가 있다고 KAIST는 덧붙였다.

연구는 사우디 아람코-KAIST 이산화탄소 매니지먼트 센터와 한국연구재단·기초과학연구원 지원을 받아 수행했다.

관련 논문은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 지난 7일 자 온라인판에 실렸다.

목포대 남기민 교수가 공동으로 연구하고 KAIST 배경렬 박사와 김진모 박사과정이 1저자로 함께했다.

walden@yna.co.kr

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