온실가스로 도시가스·석유화학 원료 만든다

디지스트 인수일 에너지공학과 교수 연구팀
기존 촉매에 가시광선 활용물질 등 입혀
이산화탄소의 메탄 전환율 기존 135배 개발
상용화 시 온실가스 저감·석유대체 기대

인수일 교수

지구온난화의 주범으로, 대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 태양광으로 연료인 메탄(CH4 )이나 석유화학제품 원료로 만드는 데 필요한 고효율 광촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 지금까지 나온 광촉매보다 메탄생산을 135배나 높일 수 있는 기술로, 상용화하면 온실가스 저감은과 태양에너지 저장은 물론 각종 플라스틱 등의 원료인 석유를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 인수일 에너지공학과 교수 연구팀은 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 데 필요한 고효율 광촉매를 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀이 개발한 광촉매는 이미 상용화한 이산화티타늄 기반 광촉매인 ‘P25’ 광촉매에 나노입자 조촉매와 희귀원소인 루테늄 도핑 조성을 최적화해 광학ㆍ전기적 물성 성능을 극대화했다. P25는 태양에너지 중 가시광선 대역 에너지 흡수가 되지 않아 효율이 낮은 게 단점이다. 루테늄은 자외선과 가시광선 영역을 잘 흡수하는 물질로 알려져 있다. 또 하이드록시기(-OH) 표면처리로 이산화탄소 흡착량을 높여 이산화탄소의 메탄전환 효율을 높였다.

지난해 기준 전세계 대기 중 이산화탄소 농도는 420ppm을 돌파, 지구 역사상 410만년 만의 최고치를 경신했다.

인 교수팀은 대기 중 이산화탄소 농도의 2배가 조금 넘는 1,000ppm의 이산화탄소와 습도 80%인 공기를 상압에서 태양광과 광촉매로 반응시켰다.

그 결과 기존의 P25 광촉매보다 135배 더 많은 메탄으로 전환됐다. 또 24시간 장시간 운전에도 96% 이상의 안정성이 유지되는 것을 확인했다.

인 교수는 “아직 갈 길이 멀지만, 상용화하면 무한한 에너지원인 태양광을 이용해 지구온난화의 주범인 이산화탄소로 도시가스의 주성분인 메탄가스를 무한히 생산할 수 있을 것”이라며 “원전이나 신재생에너지로 에너지로서의 석유를 대체할 수 있지만, 석유화학 원료로서의 석유를 대체하기 어려운데 이 기술을 활용하면 이산화탄소와 물로 석유화학 원료도 생산할 수 있을 것”이라고 전망했다.

인 교수는 특히 “화성 대기의 95%는 이산화탄소인데, 이 기술을 사용해 화성에서 지구로 복귀하는 데 필요한 연료를 화성에서 생산할 수 있게 되면 먼 장래에 화성 정복도 전혀 불가능한 일은 아닐 것”이라며 “실용화를 위해 광촉매의 안정성을 높이고, 탄화수소의 선택성을 높이는 연구를 지속하겠다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구사업으로 수행됐다. 결과는 에너지ㆍ환경 분야 저명 국제학술지인 ‘카본 에너지’ 7월 온라인에 게재됐다.

정광진 기자 kjcheong@hankookilbo.com