이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 가장 큰 원인으로 지목된다. 구조적으로 매우 안정하기 때문에 다른 물질로 쉽게 전환되지 않는다. 이산화탄소로 인한 환경문제를 극복하기 위해 이를 전환시키려는 기술개발 연구가 활발히 진행되고 있다.
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| 왼쪽부터 손호진 교수, 정하연, 최성한 연구원.[제공=한국연구재단] |
하지만 현재 기술은 고가의 전기‧열에너지를 투입해 이산화탄소를 분해하는 수준으로, 광범위하게 활용되기 어렵다. 인공광합성을 통한 이산화탄소 전환 연구에서도 촉매효율이 낮고 전환반응이 안정적이지 못한 한계가 있었다.
연구팀은 고효율 태양광 포집기술을 적용해 이산화탄소 전환용 광촉매를 개발했다. 이를 통해 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 전환됨으로서 사용가능한 합성연료가 생성된다.
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| 포피린 염료가 화학적으로 담지화된 삼성분계 하이브리드 촉매를 통한 고효율 장수명 이산화탄소 환원 모식도. [제공=한국연구재단] |
연구팀은 식물이 광합성 할 때 빛을 포집하는 클로로필과 유사한 포피린 염료를 활용했다. 포피린은 태양광에 장시간 노출되면 쉽게 분해되지만, 여기에 산화물반도체를 결합시겨서 광안정성을 획기적으로 개선시켰다. 포피린만으로 구성된 광촉매보다 전환효율이 10~20배 향상되고, 4일 이상 장기 연속 공정에서도 촉매반응이 지속되었다.
특히 포피린은 가시광선 중에서도 파장이 길고 에너지가 낮은 적색 빛도 잘 흡수할 수 있다. 태양광 발전에서 사용되지 않고 버려지던 적색 빛으로 광에너지를 포집함으로서 안정적으로 이산화탄소 환원 반응을 유도할 수 있다.
손호진 교수는 “향후 개발된 광촉매는 대용량 이산화탄소 전환에 적용이 가능해 기후변화대응 환경산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.
이번 연구성과는 화학분야 국제학술지 ‘에이시에스 카탈리시스’ 1월 9일자에 게재됐다.
구본혁기자nbgkoo@heraldcorp.com
