바다에서 이산화탄소를 포집해 유용한 물질로 만든다?

 

(An illustration of the artificial ocean carbon recycling system that captures and converts oceanic CO2 into drop-in biochemicals. Credit: Chengbo Li et al., Nature Catalysis)

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공기 중 이산화탄소 농도가 지난 150년 간 급격히 높아졌지만, 여전히 지구 대기 중 0.042% (422ppm) 수준에 지나지 않습니다. 이로 인해 이산화탄소를 공기에서 직접 포집하는 DAC (Direct Air Capture)에는 상당한 에너지가 들 수밖에 없습니다. 기술적으로는 대기 중 이산화탄소를 분리해 저장하는 일이 어렵지 않지만, 비용적인 측면에서는 실용적이지 못한 이유입니다.

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따라서 일부 과학자들은 바다에 눈을 돌리고 있습니다. 이산화탄소는 물에 잘 녹는 성질이 있어 공기 중보다는 바닷물에 150배 정도 양이 더 많기 때문입니다. 다만 이로 인해 해양 산성화가 가속하되고 있어 새로운 문제가 되고 있습니다. 하지만 바닷물에서 이산화탄소를 추출할 경우 훨씬 에너지가 적게 들 수 있다는 장점이 있습니다. 이 기술을 DOC (direct ocean capture)라고 합니다.

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중국 과학원과 중국 전자 과학 기술 대학 (Chinese Academy of Sciences and the University of Electronic Science and Technology of China)의 과학자들은 좀더 저렴한 비용으로 바닷물에서 이산화탄소를 추줄하는 DOC 기술에 추출한 이산화탄소를 유용한 물질로 바꾸는 기술을 함께 개발했습니다.

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연구팀의 DOC 기술은 바닷물에 약한 전류를 흘려 녹아 있는 이산화탄소를 추출하는데 부터 시작합니다. 그리고 사용한 바닷물은 원래 화학 성분을 다시 되돌려 방류합니다. 이산화탄소 추출 비용은 톤당 230달러 수준인데, 이전보다는 저렴하지만 제거해야 하는 이산화탄소 양이 엄청나게 많다는 점을 생각하면 역시 실용적이진 않습니다. 하지만 이것은 시작 단계에 불과합니다.

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다음 단계에서 연구팀은 이 이산화탄소를 다시 물에 녹인 후 비스무스 (bismuth) 기반의 전기 촉매를 이용해 포름산 (formic acid)을 만들었습니다. 그리고 최종 단계로 비브리오 나트리에젠스 (Vibrio natriegens)라는 미생물을 통해 석신산 (succinic acid)같은 화학 물질을 만들어 polybutylene succinate (PBS) 같은 생분해성 플라스틱의 원료로 만들 수 있습니다.

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추출한 이산화탄소를 다른 공정을 통해 유용한 물질로 바꿀 수 있다면 이산화탄소를 추출하는데 필요한 비용을 회수해 새로운 화학 공업 방식으로 개발할 수 있는 여지가 있습니다. 다만 이 단계까지는 아직 많은 연구가 필요하며 현재는 기초 연구 단계에 불과합니다.

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아무튼 아이디어는 그럴듯 한데 매우 복잡한 화학 및 생물학적 공정을 경제적으로 만들 수 있을지 주목됩니다.

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참고

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https://newatlas.com/environment/ocean-co2-sustainable-plastic-doc/

Li, C., Guo, M., Yang, B. et al. Efficient and scalable upcycling of oceanic carbon sources into bioplastic monomers. Nat Catal (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01416-4

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