▲ 연구팀이 개발한 환원된 타이타니아를 활용해 이산화탄소가 메탄으로 전환되는 메커니즘을 나타낸 모식도 .

국내 연구진이 이산화탄소(CO₂)를 현재의 에너지 시설과 호환가능 한 탄화수소 자원으로 전환하는 촉매기술을 개발했다. CO₂자원화 뿐만아니라 대기중 CO₂저감에 활용이 기대된다.

DGIST(총장 손상혁)는 에너지시스템공학전공 유종성 교수, 인수일 교수 공동 연구팀이 기존 광촉매의 표면을 처리해 CO₂의 메탄 전환 효율을 3배 향상시킨 광촉매를 개발했다고 17일 밝혔다.

세계 각국에서는 지구온난화의 주범인 CO₂배출을 줄이기 위해 CO₂를 활용해 수소, 메탄, 에탄올, 메탄올 등의 화학연료로 전환할 수 있는 CO₂자원화 연구가 한창이다.

CO₂를 효율적인 자원으로 바꾸기 위해서는 CO₂를 화학연료로 전환할 때 2차 유해 물질이 발생하지 않도록 도움을 주는 고효율 광촉매가 필수적이다

유종성 교수 연구팀과 인수일 교수 연구팀은 비교적 간단한 마그네슘 열환원 방식을 적용해 타이타니아(TiO₂) 표면의 산소 원자를 결손시킨 산소 결함 타이타니아를 합성해 CO₂를 메탄으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다.

연구팀이 개발한 광촉매는 마그네슘과 수소 기체의 강력한 환원력을 이용해 타이타니아(TiO₂) 표면의 산소 원자를 결손시켜 타이타니아 밴드 갭을 조절한 것이 특징이다. 이러한 밴드 갭 조절을 통해 광흡수량을 증가시키고 전하를 효율적으로 분리해 기존의 광촉매 보다 CO₂의 메탄 전환율이 3배 높다는 사실을 증명했다.

또한, 가스 크로마토그래피를 이용해 마그네슘 열환원 방식으로 개발한 환원된 타이타니아 광촉매가 기존의 타이타니아 보다 CO₂의 메탄 전환 효율이 우수하다는 사실을 밝혔으며, 비교적 간단한 환원 방식으로 평가받는 마그네슘 열환원 방식의 우수성도 증명했다.

DGIST 에너지시스템공학전공 인수일 교수는 “비교적 간단한 방식인 마그네슘 열환원 방식을 통해 기존 광촉매의 효율을 개선한 것이 이번 연구의 핵심”이라며 “CO₂의 탄화수소 전환 메커니즘을 이해해 CO₂자원화 및 저감 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 환경촉매 분야 세계적 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경(Applied Catalysis B : Environmental)’ 8일자 온라인판에 게재됐다.