(A photomicrograph of the ORNL catalyst showing the carbon nanospikes that can convert carbon dioxide into ethanol(Credit: ORNL))
이산화탄소는 지구 대기에서 온실효과를 통해서 적정한 온도를 유지시키는 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 하지만 인류가 인위적으로 막대한 양을 배출하면서 그 농도가 증가해 심각한 문제가 되고 있습니다. 이에 따라 이산화탄소를 원료로 더 유용한 물질로 바꾸기 위한 연구가 여기 저기서 진행 중에 있습니다.
이산화탄소를 원료로 만드는 합성 연료에 대해서는 이전에도 몇 차례 소개드린 바 있고 독일 등 일부 국가에서는 시험 생산에 들어가기도 했지만, 여전히 가격이 비싸고 경제성이 떨어진다는 문제를 가지고 있습니다. 그런데 미국 오크 릿지 국립 연구소 Oak Ridge National Laboratory (ORNL)의 과학자들은 저렴한 촉매와 낮은 전압으로 이산화탄소를 다양한 탄화수소로 전환하는 나노촉매를 개발했다고 발표했습니다.
이들이 개발한 촉매는 구리 나노입자와 탄소 (copper nanoparticles embedded in spikes of carbon)를 활용한 것으로 1.2V의 낮은 전압에서도 충분한 촉매 작용이 가능하다고 합니다. 이산화탄소를 에탄올로 변환시키는 경우 변환 효율은 63% 수준에 달했는데, 더 놀라운 일은 단 한 가지의 촉매로 에탄올을 생성할 수 있었다는 것입니다. 보통 한 단계로 이런 복잡한 화합물이 생기는 경우는 드물기도 하지만 바로 연료로 사용할 수 있는 물질이라는 점에서 고무적인 결과라고 하겠습니다.
(동영상)
앞서 개발된 촉매들은 한 단계로 에탄올을 생산하기 어려운 것은 물론 비싼 촉매를 사용해서 경제성이 떨어졌습니다. 이번에 새로 개발된 촉매는 매우 흔한 소재를 기반으로 하고 있어 비용적인 측면에서 유리하다는 것이 연구팀의 주장입니다.
이렇게 흔한 소재로 이런 놀라운 일이 가능한 이유는 독특하게 구성된 촉매 표면 (사진) 때문입니다. 50~80nm 길이의 나노구리 입자 위에 2nm 두께의 탄소층이 주름을 이뤄 넓은 접촉 표면적에서 반응을 유도합니다. 이 탄소 코팅은 암모니아와 아세틸렌을 이용해서 비교적 쉽게 만들 수 있다고 합니다.
물론 이 기술은 이산화탄소를 그냥 에탄올로 바꾸는 것이 아니라 전기 에너지를 이용해서 다른 화학 물질로 바꾸는 과정입니다. 다만 당장에 모든 차량을 전기차 등으로 바꾸기는 어려우므로 남는 전기가 있으면 이렇게 연료로 바꾸거나 혹은 다른 화학 공업의 원료 물질로 사용하는 것도 매우 좋은 방법이라고 생각됩니다. 다만 경제성이 정말 있을지는 앞으로 검증해야 하는 과정입니다.
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