이산화탄소에서 부탄올 생산한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환하는 CCU(Carbon Capture Utilization, 탄소포집활용) 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 성균관대 이효영 교수 연구팀이 새로운 가시광촉매를 활용해 이산화탄소로부터 순도가 높은 부탄올을 생산하는 데 성공했다고 17일 발표했다.

지구 가열화 원인으로 작용하는 이산화탄소를 포집, 활용, 저장하는 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다. 고부가가치 화합물 제조 기술의 한계로 인해 활용 기술 개발에는 큰 어려움을 겪고 있다. 생산 비용 역시 부담으로 작용하고 있다.

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 생겨나는 만큼, 고비용 분리정제 기술이 요구되기 때문이다.

탄소 사슬 길이가 길고 동시에 부산물의 정제와 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 분자로부터 탄소 사슬이 4개인 부탄올을 최대 60%의 선택성으로 생산하는 데 성공했다.

이산화탄소 환원에 유망한 광촉매인데 불안정성으로 한계가 있는 산화세륨(111)(CeO2)과 전하 분리 특성이 뛰어난 산화구리(100)(Cu2O)를 결합해 새로운 가시광촉매를 구성했다.

연구팀은 촉매 성능에 영향을 미치는 Cu2O 결정면을 정밀 제어해 부탄올에 대한 선택성을 향상시켰다.

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.

연구 결과(논문명: Enhancing Photocatalytic CO2 Reduction to Butanol by Facet-Dependent Interfacial Engineering of CeO2/Cu2O)는 국제 과학 저널 ‘응용 촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)’에 2월 3일자 온라인으로 실렸다.