공기 중 이산화탄소를 직접 포획해 플라스틱 쓰레기와 함께 재활용하는 시스템

(Cambridge's new solar reactor can convert carbon dioxide from air and flue gas, as well as plastic waste, into useful chemicals. Credit: Ariffin Mohamad Annuar)

기후 문제에 대응하기 위해 과학자들은 이산화탄소를 포집한 후 더 유용한 물질로 바꾸는 연구를 하고 있습니다. 케임브리지 대학의 과학자들은 여기에 더해 플라스틱 쓰레기까지 재활용할 수 있는 태양 반응로 (solar reactor)를 개발했습니다.

사실 케임브리지 대학 팀은 6개월 전에도 개발 중인 태양 반응로를 공개했습니다. 이 반응로는 두 개의 용기로 이뤄졌는 데, 하나는 농축된 이산화탄소가 들어 있고 나머지는 플라스틱 쓰레기가 들어 있는 방식으로 실제 현실과는 거리가 있었습니다.

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이번에 개발한 태양 반응로는 공기를 그대로 펌프로 주입한 후 이를 알칼리 용액에 넣어 이산화탄소만 흡수한 후 이 아민/하이드록사이드 용액 (amine/hydroxide solution)을 촉매를 이용해 광전자화학 (photoelectrochemically)적으로 반응시켜 일산화탄소와 수소의 합성 가스 (syngas) 로 만들었습니다.

이때 플라스틱 쓰레기에서 추출한 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol)이 촉매에 의해 산화되면서 전자를 공급해 합성 가스 생성을 돕는 원리입니다. 에틸렌 글리콜은 다시 글리콜산 (glycolic acid)으로 바뀌는데 이 물질 역시 화장품 산업을 포함해 산업적으로 사용할 수 있습니다.

합성 가스는 화석 연료와 비슷한 합성 연료 제조나 다른 화학 물질 제조에 사용할 수 있습니다. 흥미로운 부분은 원료가 어떤 가스냐에 따라서 합성 가스의 수소, 일산화탄소 비율이 바뀐다는 점입니다.

농축된 이산화탄소의 경우 일산화탄소: 수소 비가 1:2 정도인데, 배기 가스를 시뮬레이션한 가스를 사용하면 1:4, 공기를 이용한 경우 1:30 정도였습니다. 따라서 수소를 많이 만들고 싶다면 공기를 사용하면 되지만, 이산화탄소를 녹이는 과정에서 에너지가 들어가는 만큼 비용과 에너지가 더 들어갈 것으로 생각됩니다.

현재는 기초 단계인 기술이지만, 플라스틱 쓰레기와 이산화탄소를 동시에 해결할 수 있다는 점에서 앞으로 연구 결과와 상용화가 기대되는 기술입니다.

참고

https://newatlas.com/environment/cambridge-solar-reactor-plastic-waste-co2-useful-chemicals/

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(23)00219-2

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