‘온난화 주범’ 이산화탄소, 메탄ㆍ에탄 등 에너지로 선택해 바꿀 수 있다

2017 AP YEAR END PHOTOS - A polar bear stands on a patch of ice in the Franklin Strait in the Canadian Arctic Archipelago on July 22, 2017. While some polar bears are expected to follow the retreating ice northward, others will head south, where they will come into greater contact with humans, encounters that are unlikely to end well for the bears. (AP Photo/David Goldman) <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>

지구 온난화의 ‘주범’이산화탄소를 줄일 방법은 없을까. 지금보다 화석연료를 덜 쓰면서 줄여보자는 게 전 세계의 주된 움직이지만, 공기 중 이산화탄소를 포집해 또 다른 연료로 바꿔 재순환시키자는 적극적 방식의 아이디어도 연구되고 있다. 과거 동식물의 사체가 땅속에 묻혀 퇴적층이 되면서 석탄ㆍ석유 등 탄화수소계 자원으로 바뀐 그 원리를 인공적으로 짧은 시간 안에 구현하는 방식이다. 이렇게 하면 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있을 뿐 아니라 에너지 고갈의 문제 또한 해결할 수 있어 일거양득이다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 6일 인수일 에너지 공학전공 교수 연구팀이 이산화탄소를 메탄이나 에탄처럼 활용 가능한 에너지로 선택해 전환할 수 있는 광촉매를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

인수일 교수 연구팀은 안정적이고 효율적인 방법으로 환원된 이산화티타늄에 그래핀을 씌워 이산화탄소(CO2)를 메탄(CH4)이나 에탄(C2H6)으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다. 연구팀이 개발한 광촉매는 기체상태에서 이산화탄소를 선택적으로 메탄과 에탄으로 전환할 수 있다. 메탄 및 에탄 생성량이 각각 그램당 259umol, 77umol을 나타내며 기존의 환원된 이산화티타늄광촉매보다 5.2%, 2.7% 높아진 전환율을 나타냈다. 에탄 생성량의 경우 비슷한 실험 조건에서 세계 최고 효율을 나타낸 결과다.

DGIST 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀이 개발한 그래핀을 씌운 환원된 이산화티타늄 광촉매 모식도. 그래핀 쪽으로의 정공 이동 메커니즘을 규명해 이산화탄소를 메탄이나 에탄으로 선택적으로 전환시킬 수 있다. [자료 DGIST]

연구팀이 개발한 촉매 물질은 태양광을 이용해 선택적으로 더 높은 차수의 탄화수소계 물질을 생성함으로써 향후 고부가가치 물질 생산 등 다양한 분야에 응용이 가능하고, 지구온난화 문제 및 에너지자원 고갈 문제 해결에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

인 교수는 “이번에 개발한 그래핀을 씌운 환원된 이산화티타늄 광촉매는 이산화탄소를 메탄이나 에탄과 같은 활용 가능한 화학 물질로 선택적으로 생산할 수 있다는 장점이 있다”며 “상용화가 가능할 정도로 전환율을 높이는 후속 연구를 진행해 이산화탄소 저감 및 자원화 기술 발전에 기여하겠다”고 말했다.  이번 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지‘에너지 & 인바이러멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’7월19일자 온라인판에 게재됐다.

한편 미국 국립해양대기국(NOAA)에 따르면 전 세계 대기의 이산화탄소 농도 월 평균치가 2015년 400ppm을 넘어서 계속 상승 중이다. NOAA에 따르면 이산화탄소 농도는 산업화 이래 120ppm 증가했는데, 이 가운데 절반이 1980년대 이후 증가했다.

최준호 기자 joonho@joongang.co.kr