이산화탄소에서 고부가가치 화합물 '부탄올' 생산 성공

광촉매 아래에서 이산화탄소로부터 부탄올로의 전환 모식도. 이효영 교수 제공

이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환하는 이산화탄소 포집 및 활용 기술(CCU)이 개발됐다.

한국연구재단은 이효영 성균관대 교수 연구팀이 새로운 가시광촉매를 활용해 이산화탄소로부터 순도가 높은 부탄올을 생산하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.

고부가가치 화합물 생산에서 가격을 결정하는 것은 탄소 사슬이다. 이 사슬이 길어질수록 가격이 높아진다. 고탄소 개수가 늘어날수록 탄소-탄소 커플링 반응에 더 많은 에너지가 소비되고 부산물이 발생, 고비용 분리정제 기술이 요구되기 때문이다.

즉 탄소 사슬 길이가 길고 동시에 부산물의 정제 및 분리가 필요치 않은 1개 화합물만을 선택적으로 생산할 수 있는 기술 개발이 가장 중요하다.

연구팀은 이산화탄소를 부탄올과 같은 유용한 자원으로 전환하는 광촉매 방법에 효율성과 선택성을 높일 수 있는 결정면 엔지니어링 방법을 결합했다.

이산화탄소 환원에 유망한 광촉매지만 불안정성으로 한계가 있는 산화세륨(CeO2)과 전하 분리 특성이 뛰어난 산화구리(Cu2O)를 결합해 새로운 가시광촉매를 구성했다. 또 촉매 성능에 영향을 미치는 Cu2O 결정면을 정밀 제어해 부탄올에 대한 선택성을 향상시켰다.

이를 통해 연구팀은 이산화탄소 분자로부터 탄소 사슬이 4개인 부탄올을 최대 60%의 선택성으로 생산하는 데 최종 성공했다.

이효영 교수는 “광촉매 성능 향상을 위한 계면 효과를 이해하는 명확한 관점과 지속가능한 화학 생산을 위한 귀중한 통찰력을 제공한다”며 “온난화 주범인 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 상품화함으로써 인류 난제를 해결할 수 있는 탄소 중립 실현에 한 걸음 다가갈 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 과학 저널 '응용 촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'에 지난달 3일 온라인 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com