온실가스 감축을 위한 탄소중립 정책이 세계적으로 본격화되는 가운데 국내 연구진이 별도 화합물 첨가없이 물과 빛만으로 이산화탄소를 유용한 연료로 전환할 수 있는 새로운 촉매를 개발에 성공했다.
29일 기초과학연구원에 따르면 현택환 나노입자 연구단장 연구팀은 인수일 DGIST 교수팀, 김형준 KAIST 교수팀과 공동으로 이산화탄소를 메탄·에탄 같은 유용한 탄화수소 에너지로 전환하는 광촉매를 개발했다.
광촉매는 태양광 에너지를 화학연료로 직접 전환할 수 있는 친환경 시스템이다. IBS 나노입자 연구단은 선행 연구에서 광촉매인 이산화티타늄 나노입자 위에 구리 원자를 올린 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 개발하고 태양광과 물로 수소를 생산하는데 성공했다.
연구는 단원자 구리·이산화티타늄 광촉매가 이산화탄소와 원자 단위에서 상호작용하는 메커니즘을 규명하고 이를 바탕으로 태양광과 물만 이용, 이산화탄소를 화학연료로 전환시키는 촉매 개발에 성공했다.
연구진은 안정화된 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 금속-지지체 상호작용에 주목했다.
연구진은 금속·지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환될 수 있는 활성점이 생긴다는 사실을 발견하고 최적화된 광촉매를 설계했다.
이는 기존 이산화티타늄 광촉매에 비해 60배 이상 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 전환시킬 수 있었다.
현택환 단장은 "탄소중립 사회를 위해서는 탄소 사용을 줄이는 동시에 배출된 이산화탄소를 다시 화학연료로 바꾸는 과정이 필요하다"며 "추가 연구를 진행한다면 광촉매를 이용해 이산화탄소를 에탄올, 프로판올 등 더 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 것도 가능할 것"이라고 말했다.