이산화탄소를 더 쉽게 메탄올로 바꾸는 촉매

 이산화탄소를 이용해서 좀 더 유용한 물질로 바꾸려는 시도는 아직은 제한적인 성과만을 거두고 있을 뿐이지만, 연구는 계속되고 있습니다. 온실 가스 배출을 억제해야 하는 현실적인 문제가 있기 때문입니다. 그냥 이산화탄소를 포획 분리만 한다면 막대한 비용을 부담해야 하지만, 이산화탄소를 좀 더 유용한 물질 (예를 들어 연료)로 바꿀 수 있다면 상당한 산업적인 이점이 있을 것입니다. 

 미국 에너지부 산하의 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 과학자들은 최근 Journal of the American Chemical Society에 구리 사합체(copper tetramer)를 이용한 새로운 촉매를 발표했습니다. 

 이 새로운 촉매는 기존의 촉매와는 달리 낮은 기압에서도 이산화탄소와 쉽게 반응해서 이산화탄소를 메탄올로 바꿀 수 있다고 합니다. 기존의 이산화탄소 - 메탄올 변환 촉매는 구리, 산화아연, 산화 알루미늄을 이용한 촉매로 이산화탄소와 결합하는 부위가 제한적이어서 반응을 일으키기 위해서는 높은 압력이 필요했다고 합니다. 이는 결국 높은 비용과 에너지 소모로 이어지게 마련입니다. 

 새로운 구리 사합체 기반 촉매는 이산화탄소와 매우 쉽게 결합할 수 있다고 합니다. 연구의 공저자인 스테판 바즈다(Stefan Vajda, senior chemist at Argonne and the Institute for Molecular Engineering)에 의하면 4개의 구리 원자를 가진 이 새로운 구리 사합체가 이산화탄소와 쉽게 결합할 수 있도록 모두 노출되어 있다고 합니다. 이 구리 원자 덩어리들은 산화 알루미늄의 얇은 막 위에 존재합니다. 

(새로 만들어진 구리 사합체 촉매. A copper tetramer catalyst created by researchers at Argonne National Laboratory may help capture and convert carbon dioxide in a way that ultimately saves energy. It consists of small clusters of four copper atoms each, supported on a thin film of aluminum oxide. These catalysts work by binding to carbon dioxide molecules, orienting them in a way that is ideal for chemical reactions. The structure of the copper tetramer is such that most of its binding sites are open, which means it can attach more strongly to carbon dioxide and can better accelerate the conversion. Credit: Larry Curtiss, Argonne National Laboratory ) 

 결국 이와 같은 특징으로 인해서 새로운 촉매는 더 낮은 기압에서 이산화탄소를 메탄올로 변화시키기 때문에 더 적은 에너지를 소모한다고 합니다. 물론 이 촉매는 아직 상업화하기엔 상당히 이른 초기 연구 결과물입니다. 그럼에도 이전보다 더 효율이 좋은 이산화탄소 변환 촉매 개발에 한 걸음 더 가까이 간 연구로 생각됩니다. 

 최근 이산화탄소를 더 유용한 물질로 바꾸기 위한 연구 소식이 여기 저기서 들리고 있습니다. 아직은 획기적인 돌파구가 마련되었다고 보기는 어렵지만, 이런식으로 연구가 진행된다면 언젠가는 가능성이 있지 않을까 조심스럽게 생각해 봅니다. 

 필요는 발명의 어머니라고 뭔가 요구가 있으면 이를 개발해내는 것이 인간의 창의성이 가진 힘이었습니다. 물론 항상 성공하는 것은 아니지만, 많은 성공을 거둔 것도 사실이죠. 이 분야에서도 좋은 소식이 있기를 기대해 봅니다. 

 참고 

The study, "Carbon dioxide conversion to methanol over size-selected Cu4 clusters at low pressures," was published in the Journal of the American Chemical Society. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5b03668 

http://phys.org/news/2015-08-copper-clusters-capture-carbon-dioxide.html