성균관대학교는 김정규 화학공학부 김정규 교수 연구팀(제1저자 홍원태 박사과정생, 공동 제1저자 김준영 가톨릭대 교수)이 이상욱 화학공학과 교수 연구팀(공동 제1저자 조성찬 박사후연구원), 고재현 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 이산화탄소를 산업 가치가 높은 '2-프로판올'로 직접 바꾸는 고효율 촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.
이번 연구 성과는 촉매 및 환경 분야 세계 최고 수준의 학술지인 'Applied Catalysis B: Environment and Energy'에 온라인 게재됐다.
이산화탄소에 전기에너지를 넣어 유용한 화학물질로 바꾸는 기술은 온실가스를 줄이고 자원으로 재활용하는 대표적인 친환경 기술이다. 구조가 단순한 일산화탄소나 메탄 정도만 만들 수 있었고, 반도체 세정제나 소독제로 폭넓게 쓰이는 복잡한 알코올 물질인 '2-프로판올'을 곧바로 만드는 것은 매우 어려운 기술적 난제로 남아 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 촉매 표면의 전자 흐름을 정밀하게 조절하여 화학반응이 일어나는 '두 갈래의 반응 길'을 새롭게 열었다. 이 두 개의 반응 경로가 동시에 작동하면서 이산화탄소 속 탄소들이 정교하게 이어지도록 유도해, 만들기 까다로웠던 2-프로판올만을 쏙쏙 골라 높은 비율로 만들어내는 데 성공했다.
이번에 개발된 촉매는 특수한 고압 장치 없이 일반적인 방 안의 온도와 기압(상온·상압) 환경에서도 세계 최고 수준의 높은 효율로 2-프로판올을 만들어냈다. 48시간 동안 쉬지 않고 가동해도 성능이 떨어지지 않고 안정적으로 작동하여 뛰어난 내구성까지 함께 입증했다.
김정규 교수는 “화학반응이 일어나는 두 개의 길이 서로 협력하도록 촉매를 설계한 새로운 접근법”이라며 “버려지는 이산화탄소를 가치 있는 산업 원료로 되돌리는 친환경 기술의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구 성과는 국가연구소(NRL2.0) 사업, CO2 동시 포집 전환(RCC) 융합 기술개발 사업, 과학기술정보통신부 ERC 사업 등의 지원으로 수행됐다.
조호현 기자 hohyun@etnews.com
