한국연구재단 “골칫거리 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 활용”

지구온난화의 주범으로 지목된 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환·활용할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 이효영 성균관대 교수 연구팀이 새로운 가시 광촉매(가시광선 영역(400-700nm)의 빛을 흡수해 화학 반응을 촉진하는 물질)로 이산화탄소와 메탄올로부터 디메톡시메탄(Dimethoxymethane)을 생산하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

이효영 성균관대 교수 연구팀의 연구성과를 도식화 한 그림. 한국연구재단 제공

현재 세계 각국은 지구온난화를 막기 위해 이산화탄소 포집과 활용 및 저장을 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다.

하지만 활용에 대한 기술 개발은 이산화탄소로부터 전환된 고부가가치 생성 화합물 제조 기술의 한계로 난관에 직면한 상황이다.

특히 부산물에 대한 정제 및 분리 없이 고순도 화합물만 선택적으로 제조하는 CCU(Carbon Capture utilization·이산화탄소 포집 및 활용) 기술 개발이 절대적으로 중요하다는 것이 공통의 인식이다.

이와 관련해 연구팀은 이효영의 블루 이산화티타늄(2개의 결정상으로 이뤄진 이산화티타늄에 1개 상만 환원된 가시광촉매) 촉매제(Ag, W-BTO)와 태양광을 이용해 이산화탄소 환원 반응-메탄올 산화 반응을 동시에 촉진시켜 부산물이 거의 남지 않는 고순도 디메톡시메탄 화합물을 생산했다.

디메톡시메탄은 무색의 가연성 액체로 끓는점과 점도가 낮고, 용해력이 뛰어나 항공유 첨가제·향수·수지·접착제·페인트 스트리퍼 및 보호 코팅·블렌딩 등에 사용된다.

이효영의 블루 이산화티타늄 촉매제는 자외선~가시광 영역 범위에서 빛 에너지 흡수가 가능한 블루 이산화티타늄에 이산화탄소 환원을 촉진하는 은과 메탄올 산화를 촉진하는 텅스텐 나노입자를 도핑해 만들어졌다.

이 촉매제를 활용해 생산된 디메톡시메탄의 순도는 92.08%에 달했다.

이효영 교수. 한국연구재단 제공

연구팀은 연구를 통해 디메톡시메탄을 효율적으로 생산할 수 있는 경로를 제공, 촉매의 정밀 설계로 이산화탄소 환원과 다른 유기 분자와의 결합으로 고부가가치 화합물을 합성할 수 있다는 가능성을 제시했다.

또 부산물이 거의 없는 화합물 생산으로 향후 탄소중립 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이효영 교수는 “연구팀은 디메톡시메탄을 생산한 것처럼 다양한 합성을 시도해 인류의 난제로 꼽히는 CCU 기술 적용에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다”며 “그간의 연구는 실험실 반응 규모로 진행됐지만, 현재는 기술사업화를 위한 실증화 테스트 단계로 넘어간 상황”이라고 말했다.

한편 연구팀은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구의 지원으로 이번 연구를 수행했다. 연구 성과는 과학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 7월 18일자로 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr