이산화탄소로 고순도 화학원료 '부탄올' 생산하는 광촉매

성균관대 연구팀이 개발한 광촉매에서 이산화탄소가 고순도 부탄올로 전환되는 과정. 이효영 교수 제공

국내 연구팀이 지구온난화의 주범으로 꼽히는 대기 중 이산화탄소를 활용해 고부가가치 화학 원료인 부탄올을 고순도로 생산하는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 이효영 성균관대 화학과 교수팀이 새로운 가시광촉매를 개발해 이산화탄소에서 고순도 부탄올을 생산하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 가시광촉매는 가시광선 범위의 빛을 흡수해 화학 반응을 촉진하는 물질이다. 연구결과는 지난달 3일 국제학술지 '응용 촉매 B: 환경과 에너지'에 공개됐다.

지구온난화의 원인인 이산화탄소를 줄이거나 재활용하는 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 연구가 전세계적으로 활발하지만 화학 원료 등 고부가가치 화합물로 전환하는 방식은 높은 생산 비용이 걸림돌이다. 

이산화탄소 재활용에서 결과물의 가치를 결정하는 것은 탄소 사슬의 길이다. 사슬에 포함된 탄소 원자 개수가 늘어날수록 에너지가 많이 필요하고 부산물도 많이 생겨나기 때문에 분리·정제 과정에서 비용이 높아진다. 탄소 사슬 길이가 길면서 부산물의 분리가 필요하지 않는 화합물 1개만 선택적으로 생산하는 기술이 필요한 이유다.

연구팀은 이산화탄소 환원 효과가 뛰어난 광촉매인 산화세륨(CeO2)과 전하 분리 특성이 높은 산화구리(Cu2O)를 결합해 새로운 가시광촉매를 만들었다. 촉매 성능에 영향을 미치는 Cu2O 결정 표면의 원자 배열을 제어해 탄소가 4개인 부탄올을 선택적으로 생산할 수 있도록 설계한 것이다. 실험 결과 연구팀이 개발한 광촉매는 최대 60%의 선택성으로 부탄올을 생산했다. 

이 교수는 "계면 효과를 명확히 이해해 광촉매 성능을 향상했다"며 "지구온난화 주범인 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 상품화해 인류 난제를 해결한 탄소 중립 실현에 한 걸음 다가갈 것으로 기대한다"고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125122

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]