▲ 태양광을 이용한 이산화탄소의 메탄올로의 변환 과정 (개략도).

국내 연구진이 태양광을 쬐는 것 만으로 이산화탄소를 메탄올로 변환시킬수 있는 기술을 개발했다. 향후 이산화탄소(CO₂)처리와 저감 문제 해결에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

KAIST(총장 강성모)는 26일 EEWS 대학원 강정구 교수, 김용훈 교수 공동 연구팀이 태양광을 이용해 이산화탄소를 메탄올로 변환시킬 수 있는 광촉매를 개발했다고 밝혔다.

광촉매물질로 그 활용이 꾸준히 연구개발 되고 있었던 이산화티타늄은 낮은 에너지 변환문제로 현재 실리콘, 금속인화물, 황화물과 같은 기타 광촉매물질의 보호막 정도로만 사용됐으며 인공광합성을 위해서는 백금, 금, 루테늄과 같은 금속 광물이 필요했다.

주 원인은 넓은 이산화티타늄이 가지는 넓은 밴드갭이었다. 빛을 통해 발생된 전자-전공쌍들이 물질내부에서 빠르게 결합해 소멸되어 인공광합성 반응에 참여하는 전자-정공의 수가 제한되어있었다. 때문에 재료의 에너지밴드갭은 줄이면서 전자-정공 전달 능력을 향상시켜줄 기술이 필요했다.

이에 연구진은 기체콜드플라즈마 반응을 이용했다. 기존에 자외선 영역에 국한된 이산화티타늄의 빛 감지 번위를 가시광선영역으로 확대 시켰으며 전자-정공 전달능력을 1만배 증가시켰 기존 인공광합성이 필요하던 귀금속 광물도 없이 이산화탄소의 메탄올 변환이 가능해졌다.

인공광합성 반응이 잘 일어나도록 도와주는 별도 화학첨가제나 전기적 에너지 없이도 반응을 가시광 범위까지 이끌어냈다.

이산화티타늄 광촉매는 해당 물질이 갖는 이론한계치의 74%에 달하는 광전류를 발생시켰고, 이산화탄소를 이용한 메탄올 발생량이 25배 이상 향상됐다.

현재 우리나라에서는 6억톤의 이산화탄소가 발생하고 있으며 세계적으로도 250억톤이 발생하고 있다. 이를 처리하기 위한 비용도 만만치 않은데 이제는 이러한 이산화탄소를 메탄올로 변환시키면 1톤당 약 40만원에 판매가 가능해지는 것이다.

경제 및 환경문제에서도 효과가 클 것으로 예상되기 때문에 과학계 및 관련 산업계는 이산화탄소를 메탄올로 변환하기 위한 노력을 하고 있다.

강 교수는“이 기술을 기반으로 향후 산업체에서 대량 생산할 수 있도록 기술을 발전시키는 것이 목표다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업, 인공광합성 사업과 KISTI의 슈퍼컴퓨터 사업의 지원을 받아 수행됐으며 이동기, 최지일 박사가 참여한 이번 연구는 에너지 분야 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’ 5월 9일자 온라인 판에 게재됐다.