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이산화탄소를 유용한 물질로 바꾸는 신기술



(C1 to C2: Connecting carbons by reductive deoxygenation and coupling of CO. Credit: Kyle Horak and Joshua Buss/Caltech)


 이산화탄소를 더 유용한 물질로 바꾸기 위한 연구는 꽤 많이 시도되고 있습니다. 화석 연료 연소시 발생하는 막대한 양의 이산화탄소를 줄임과 동시에 분리 포획한 이산화탄소를 단지 매립하는 것 이외에 더 유용한 용도로 사용하기 위해서입니다. 


 사실 이미 이산화탄소를 가솔린이나 경유같은 연료와 비슷하게 가공하는 일은 가능합니다. 하지만 기존에 사용하는 피셔-트롭쉬 공정은 수소와 일산화탄소 분자를 높은 압력과 온도에서 반응시켜야 하기 때문에 비용도 많이 들고 들어가는 에너지도 만만치 않았습니다. 


 캘리포니아 공과대학의 테오 아가피 교수(professor Theo Agapie)와 대학원생인 조슈아 부스(Joshua Buss)는 금속촉매를 이용해서 낮은 온도에서도 일산화탄소를 더 복잡한 탄소 분자로 바꾸는데 성공했습니다. 이제까지 이산화탄소를 일산화탄소로 변형한 다음 수소와 반응하는 단계에서 많은 에너지가 들어갔다는 점을 고려할 때 이는 획기적인 연구 결과입니다. 


 이들이 저널 네이처에 발표한 내용에 따르면 몰리브덴(molybdenum) 원자를 촉매로 사용하는 이 반응은 상온보다 낮은 온도에서도 쉽게 일산화탄소 원자를 분리할 수 있다고 합니다. 일단 몰리브덴 원자를 포함한 촉매에 두 개의 일산화탄소가 결합한 후 여기서 CO 결합 하나가 분리되면 다시 주변의 다른 탄소 원자와 결합하게 됩니다. (위의 모식도) 이후 촉매가 떨어져 나가면 2개의 탄소를 가진 새로운 분자가 생기는 것입니다. 


 생각보다 매우 단순하게 생성된 2탄소 원자는 수소 원자와 결합해서 에티놀(ethynol, HC≡C-OH)의 형태가 됩니다. 이후에는 여러 가지 탄화수소 원자로 쉽게 전환이 가능합니다. 이런 방식을 사용하면 이산화탄소를 원료로 다양한 연료는 물론 지금의 석유 화학 공업 제품에서 생산하는 원료들을 생산할 수 있습니다. 


 물론 사용화가 가능할지는 더 기다려야 결론이 나오겠지만, 낮은 에너지로도 이와 같은 일이 가능하다는 것 자체가 이산화탄소 활용에서 새로운 돌파구를 만들 수 있어 미래가 기대됩니다. 


 참고 

Joshua A. Buss et al. Four-electron deoxygenative reductive coupling of carbon monoxide at a single metal site, Nature (2015). DOI: 10.1038/nature16154 





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