온난화 주범 이산화탄소, 산업원료 일산화탄소로 바꾼다

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 박경수 교수 연구팀은 로듐(Rh) 촉매와 담체 간 상호작용을 제어해 이산화탄소(CO₂)를 산업 원료인 일산화탄소(CO)로 전환하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

이 연구는 서울대 김성근 교수, 영국 카디프대 그라함 허칭스 교수와의 국제 공동연구로 수행됐다.

지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 유용한 화학 연료로 바꾸는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이산화탄소는 화석연료 사용 등으로 배출량이 계속 늘어나며 지구 온난화의 주된 원인으로 지목된다. 이를 단순히 배출량만 줄이는 것이 아니라 쓸모 있는 물질로 바꾸려는 연구가 최근 활발하다.

특히 수소(H₂)와 반응시켜 새로운 물질로 전환하는 수소화 반응은 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술 중 하나로 주목받고 있다.

그러나 기존 촉매 기술은 원하지 않는 부산물인 메탄(CH4)이 주로 생성돼 활용도가 낮았다.

연구진은 아연(Zn) 기반 담체(ZnO, ZnTiO3)를 활용해 로듐 촉매 표면에 오버레이어라는 얇은 막을 형성하고 이 구조를 통해 이산화탄소가 선택적으로 일산화탄소로 바뀌도록 유도하는데 성공했다.

특히 기존보다 낮은 온도에서도 반응이 가능해졌으며 일산화탄소 생성 비율이 크게 높아진 것이 이번 연구의 특징이다.

일산화탄소는 메탄올, 합성연료, 플라스틱 원료 등 다양한 산업 공정의 핵심 중간체로 활용될 수 있다.

연구팀은 고성능 전자현미경(iDPC-STEM, STEM-EELS)과 실시간 가스 분석 기술을 이용해 촉매 표면 구조 등을 추적했다.

이를 통해 '어떤 구조에서 어떤 생성물이 나오는가'에 대한 메커니즘을 밝혀냈다. 앞으로 촉매 설계의 정밀도와 예측력을 높이는 기반 기술로 작용할 수 있다.

이번 기술은 피셔-트롭쉬 합성, 수성가스 전이 반응 등 고온·고압 조건의 탄소중립형 화학 공정에도 적용 가능하다.

박 교수는 "이산화탄소를 단순히 줄이는 걸 넘어 정확히 원하는 물질로 바꿔낼 수 있다는 점에서 의미 있는 연구"라며 "이번 기술은 연료, 화학소재, 메탄올 생산 등 실제 산업에 바로 활용 가능한 선택형 촉매 설계 기술로 다양한 탄소중립 공정의 핵심 기반이 될 수 있다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 차세대지능형반도체 기술개발 사업 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 세계적 학술지 ACS  Catalysis에 지난달 30일자 온라인판에 게재됐다.


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