본 연구팀의 기술은 기술 경제성 평가(Techno-economic assessment, TEA) 결과, 모의 산업 규모에서 시간당 4.4톤의 CO2를 소비하여 시간당 10.2톤의 PC 생산을 할 수 있으며, 연간 6,039만 달러로 추정되는 이익을 낼 수 있을 것으로 추정된다.
CO2로 인한 환경 문제에 대한 인식이 높아짐에 따라 기후 변화 위협에 대한 전 세계적 대응이 한층 커지고 있다. 따라서 기후 변화에 관한 정부 간 패널(Intergovernmental Penal on Climate Change, IPCC)은 산업화 이전 수준의 지구 온도 달성을 위해 대기 중 CO2 제거의 중요성을 강조하고 있다. 온실 가스를 대기 또는 점 오염원에서 분리하는 탄소 포집 및 활용은 CO2를 포집한 후 광범위한 부가가치 화학 물질로 변환하는 새로운 기술이자 매력적인 전략이라고 할 수 있다.
그런데 열역학적 및 동역학적으로 안정적인 CO2는 C=O 결합의 활성화를 위해 806 kJ mol-1의 높은 에너지를 필요로 하기에, 본 연구팀은 촉매 내에 루이스 산/염기 그룹이 공존하도록 하는 방법을 사용하여 CO2 고리첨가(cycloaddition) 성능을 향상시켰다. 이는 전자 결핍 Mo 원자와 PO의 O 원자 사이의 배위 결합 형성에 의해 CO2가 고리에 첨가되는 것을 용이하게 하는 반면, -NH2 표면 그룹은 전자를 낮은 수준의 빈 궤도에 공여하여 CO2 결합의 안정성을 방해한다. DFT 시뮬레이션 결과, Mo2GCN 촉매 성능이 PO 개환에 대한 활성화 에너지 장벽을 50-60에서 4.903 kcal mol-1로 크게 감소시킴을 확인할 수 있었다. 또한, 재사용 실험을 통해 PC생산에 대한 촉매의 안정성이 입증되어 CO2 저감과 PC의 지속 가능한 생산에 있어 활용가능성 높을것으로 사료된다.
한편, 본 연구는 교육부의 한국연구재단 기초과학연구사업 (2021R1A6A1A03038785) 과 UNIST(울산과학기술원)의 2022년도 연구비(1.220038.01)의 지원으로 수행되었으며, 2022년 11월 20일자 Small(Wiley)에 "Highly Exposed -NH2 Edge on Fragmented g-C3N4 Framework with Integrated Molybdenum Atoms for Catalytic CO2 Cycloaddition: DFT and Techno-Economic Assessment"라는 제목으로 출판되었다. 기술 경제성 평가는 UNIST 에너지화학공학과의 임한권 교수 연구팀과, DFT 시뮬레이션은 고려대학교 화공생명공학과의 곽상규 교수 연구팀과의 협력을 통해 수행되었다.