(위, 왼쪽부터) 성균관대 화학공학부 김정규 교수, 홍원태 박사과정생, 가톨릭대 김준영 교수 (아래, 왼쪽부터) 성균관대 화학공학부 이상욱 교수, 조성찬 박사후연구원, KIST 고재현 박사 ※사진=성균관대
연구팀은 지구온난화를 일으키는 이산화탄소를 산업적으로 가치가 높은 ‘2-프로판올’로 직접 바꾸는 고효율 촉매를 개발했다. 이번 연구 결과는 촉매·환경 분야 세계적 학술지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)에 게재됐다.
이산화탄소에 전기에너지를 넣어 유용한 화학물질로 바꾸는 기술은 온실가스를 줄이고 자원으로 재활용하는 친환경 기술이다. 다만 지금까진 구조가 단순한 일산화탄소나 메탄 정도만 만들 수 있었다. 반도체 세정제나 소독제로 폭넓게 쓰이는 복잡한 알코올 물질인 ‘2-프로판올’로 전환하는 데는 기술적 난제가 따랐다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 촉매 표면의 전자 흐름을 정밀하게 조절, 화학반응이 일어나는 ‘두 갈래의 반응 길’을 새롭게 열었다. 이 두 개의 반응 경로가 동시에 작동하면서 이산화탄소 속 탄소들이 정교하게 이어지도록 유도한 것이다. 연구팀은 이를 통해 만들기 까다로웠던 2-프로판올만을 쏙쏙 골라 높은 비율로 만들어내는 데 성공했다.
이번에 개발된 촉매는 특수한 고압 장치 없이 일반적인 방 안의 온도와 기압(상온·상압) 환경에서도 높은 효율로 2-프로판올을 만들어냈다. 또한 48시간 동안 쉬지 않고 가동해도 성능이 떨어지지 않고 안정적으로 작동해 뛰어난 내구성까지 입증했다.
이번 연구는 국가연구소(NRL2.0) 사업 등의 지원을 받아 수행했다. 김정규 교수는 “화학반응이 일어나는 두 개의 길이 서로 협력하도록 촉매를 설계한 새로운 접근법”이라며 “버려지는 이산화탄소를 가치 있는 산업 원료로 되돌리는 친환경 기술의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대된다”고 밝혔다.
