DGIST, 에너지원으로 이산화탄소 사용하는 세상 연다

이산화탄소를 메탄으로 만들어 에너지원으로 사용할 수 있는 기술이 개발됐다.
19일 대구경북과학기술원(DGIST, 총장 국양)은 인수일 교수 연구팀이 이산화탄소를 메탄으로 전환해 에너지원으로 사용할 수 있는 환원된 이산화티타늄-산화구리 광촉매를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 이산화탄소 저감을 통해 기후변화에 대응할 수 있고, 메탄은 수소 생산에 사용될 수 있는 만큼 대체에너지 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
그동안 이산화탄소를 사용할 수 있도록 인공광합성을 통해 에너지로 전환하는 광촉매 연구는 있었다. 하지만 일반적으로 사용되는 광촉매는 큰 에너지 영역인 자외선만을 흡수하는 등의 문제가 있었다. 인 교수 연구팀은 자외선 뿐만 아니라 가시광 흡수도 가능하도록 환원된 이산화티타늄 주촉매와 산화구리 조촉매를 사용해 광촉매의 안정성을 높였다. 주촉매는 낮은 에너지상태를 화학적 반응으로 활성화시키는 주물질이고 조촉매는 주촉매의 활성을 돕는 물질이다.
인 교수 연구팀이 식물의 광합성 작용을 모사해 개발한 이번 광촉매는 산화구리 조촉매와 환원된 이산화티타늄 주촉매의 이형 구조 밴드 갭 구조로 설계됐다. 조촉매로 사용된 산화구리는 이산화탄소 환원 반응에 더 많은 전자를 이동시켜 에너지 전환율을 더욱 높일 수 있었다. 이를 통해 기존 이산화티타늄 광촉매가 자외선 외에 가시광선 영역의 빛도 흡수해 더 많은 태양광을 흡수하도록 했다.

인 교수 연구팀이 개발한 촉매는 기존 기술보다 10배 더 많은 양의 메탄을 생성할 수 있다. 연구팀은 실험을 통해 희석된 이산화탄소 조건에서 이같은 사실을 확인했다. 또한 안정성 측정을 위해 특정 기체상 화합물의 함량 측정기인 가스 크로마토그래피 분석으로 42시간의 장기 운전에서도 우수한 안정성을 보임을 확인했다.
이번 연구를 주도한 인수일 DGIST 교수는 "이번 연구는 지구상에 풍부한 구리 금속을 이용한 조촉매를 사용해 낮은 가격에 높은 안정성을 확보했다는데 큰 의의가 있다"며 "인류의 생존을 위협하는 기후변화에 대응하기 위해 후속 연구를 진행하겠다"고 밝혔다. 한편 이번 연구 성과는 촉매 분야의 저명한 국제학술지 'Applied Catalysis B: Environmental' 279호에 지난달 16일 온라인 게재됐다.
[이종화 기자]