지구온난화 주범 이산화탄소, 고순도·고부가가치 화합물 생산 활용

블루 이산화티타늄 가시광 촉매제 구조(위)와 이산화탄소 및 메탄올로부터 디메톡시메탄 생성 모식도. 이효영 교수 제공

지구온난화 가속화 원인인 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 만드는 기술이 개발됐다. 부산물이 거의 없는 화합물 생산으로 향후 탄소중립 실현에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단은 이효영 성균관대 교수 연구팀이 새로운 가시 광촉매를 활용해 이산화탄소와 메탄올로부터 항공유 첨가제로 널리 사용되는 디메톡시메탄(디젤 연료 생산을 증가시키는 데 유리한 화합물)을 생산하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

최근 지구온난화를 막기 위해 이산화탄소 포집, 활용 및 저장을 위한 연구가 진행되고 있지만, 활용에 대한 기술 개발은 이산화탄소로부터 전환된 고부가가치 생성 화합물 제조 기술 한계로 큰 난관에 직면해 있다. 부산물에 대한 정제 및 분리 없이 고순도 화합물만 선택적으로 제조하는 탄소 포집 및 활용 기술(CCU) 개발이 절대적으로 중요하다.

연구팀은 이효영의 블루 이산화티타늄 촉매제와 태양광을 활용, 이산화탄소 환원 반응과 메탄올 산화 반응을 동시에 촉진해 부산물이 거의 없는 고순도 디메톡시메탄 화합물을 생산했다.

이산화탄소와 메탄올 산화·환원 반응을 효과적으로 수행하기 위해 개발된 이효영의 블루 이산화티타늄 촉매제는 자외선 영역에서부터 가시광 영역까지 넓은 범위에서 빛에너지 흡수가 가능한 블루 이산화티타늄에 이산화탄소 환원을 촉진하는 은과 메탄올 산화를 촉진하는 텅스텐 나노입자를 도핑해 만들어졌다. 이 촉매제를 활용해 생산된 디메톡시메탄 순도는 92.08%에 달한다.

연구팀은 이번 연구를 통해 디메톡시메탄을 효율적으로 생산할 수 있는 경로를 제공했으며, 촉매 정밀 설계를 통해 이산화탄소 환원과 다른 유기 분자와 결합으로 고부가가치 화합물을 합성할 수 있다는 가능성을 제시했다.

이효영 교수는 “디메톡시메탄 생산과 같이 다양한 합성을 시도해 봄으로써 인류 난제 기술인 CCU 기술 적용에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다”며 “현 단계는 실험실 반응 규모로 기술사업화를 위한 실증화 테스트가 진행 중”이라고 말했다.

한편 이번 연구성과는 과학 분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Commucations)에 7월 18일 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com