이산화탄소를 의약품 생산 핵심물질로 바꾸는 기술 개발

KIST-서울대 연구팀, 저농도 CO2를 일산화탄소로 93% 전환 성공
일산화탄소, 화학물질 및 의약품 생산의 핵심 물질

이산화탄소 농도가 증가할 경우 지구온난화로 인한 기후변화는 더 빠른 속도로 이뤄질 것으로 과학자들은 예상하고 있다. 미국의 경우 도널드 트럼프 대통령 취임 이후 기후변화에 대한 무관심이 지속되고 있으며 중국과 인도 등은 경제발전 때문에 기후변화 대책에 크게 관심을 기울이지 않고 있는 분위기다.사이언스 제공

국내 연구진이 지구온난화 주범 중 하나인 이산화탄소를 산업분야에서 다양하게 활용되는 물질인 일산화탄소로 전환할 수 있는 방법을 개발해 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터, 서울대 화학과 공동연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 효과적으로 전환할 수 있는 촉매 및 공정기술을 개발했다고 31일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 실렸다.

흔히 일산화탄소는 인체에 두통이나 호흡곤란, 심할 경우 사망에 이르게 만드는 물질로 알려져 있다. 그렇지만 산업적으로는 다양한 화학물질을 만들고 식품 포장, 의약품 생산, 야금과 레이저 생산 등 다양하게 활용된다. 이 때문에 많은 연구자들이 탄소저감과 산업적으로 유용한 물질의 생산이라는 차원에서 이산화탄소를 이용해 일산화탄소로 전환시키는 연구들을 활발히 하고 있다. 지금까지 이산화탄소의 일산화탄소 전환 연구는 대부분 실험실에서 고순도의 이산화탄소 가스를 반응원료로 사용돼 실제 산업현장에서 활용도는 많이 떨어지는 것으로 나타났다. 실제 산업현장에서 나오는 배기가스에는 질소, 산소, 질소산화물 등과 함께 이산화탄소가 10% 정도 저농도로 포함돼 있어 일산화탄소 전환이 쉽지 않았다. 더군다나 이산화탄소는 화학적으로 안정된 물질이라서 일산화탄소 전환이 쉽지 않다.

이산화탄소를 일산화탄소로 전환할 때 보통 은 촉매를 쓰는데 99.99% 고순도 이산화탄소를 쓰면 95% 일산화탄소를 만들 수 있지만 10% 안팎의 저농도 이산화탄소를 사용할 경우는 일산화탄소 생산효율이 40%로 떨어진다. 이에 연구팀은 금이나 은보다 반응성이 낮은 철이나 니켈 같은 일반 금속을 단원자 형태로 만들면 생산효율이 높일 수 있다는 점에 착안해 니켈 단원자 촉매를 개발했다. 이를 이용하면 이산화탄소를 물에 녹인 뒤 전기화학적으로 반응시켜 일산화탄소를 얻는 기존 방식이 아닌 기체 상태 그대로도 전환반응이 가능하다는 것을 확인했다. 실제로 배기가스 수준의 10% 저농도 이산화탄소로도 일산화탄소 생산효율을 93%까지 올릴 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

원다혜 KIST 박사는 “이번에 개발한 기술은 저농도 이산화탄소를 활용하는 다양한 전기화학적 전환 시스템에 응용할 수 있다”라며 “이산화탄소 전환기술의 경제성을 확보하기 위해 별도의 정제과정 없이 직접 활용할 수 있는 방법을 추가로 연구 중”이라고 밝혔다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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