포스텍 연구진, 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 촉매 개발…제철소 등 배기가스 처리에 활용 기대

포스텍 김원배 교수

포스텍 한현수 박사과정

이산화탄소를 연료나 플라스틱 등을 만드는 원료물질인 일산화탄소로 바꾸는 촉매를 국내 연구진이 개발했다.

세계 각국이 지구온난화의 주요원인인 이산화탄소를 줄이고 이를 부가가치 높은 물질로 전환하는 연구를 활발히 진행하고 있는 가운데 나온 반가운 소식이다.

포스텍(포항공대) 화학공학과 김원배 교수·한현수 박사과정 연구원은 한국에너지기술연구원 서민호 박사·진송 박사과정 연구원과 함께 플라즈마(음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체상태) 처리 기법을 활용해 금속산화물 표면에 산소 공공(산소 결핍)을 형성시켜 이산화탄소 전환반응에 대한 금속산화물 촉매 성능을 획기적으로 향상시켰다. 연구성과는 국제 학술지 '나노에너지'에 게재됐다.

연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 과정에서 가장 중요하게 여겨지는 촉매의 성능에 주목했다.

우선 촉매에 '산소 공공'을 도입하는 기존 방법의 경우 합성과정에서 불순물 생성, 합성시간 소요, 산소 공공 제어의 어려움 등이 발생했다.

산소공공은 촉매재료의 결정 구조에서 산소원자나 이온이 빠져 비어버린 자리를 의미하는데, 연구팀은 산소 공공의 수가 많아지면 금속산화물 촉매 표면에 전자가 풍부해지는 특성을 이용해 연구 성과 발판을 마련했다.

연구팀은 플라즈마 처리 기법을 활용해 간단하고 빠르게 촉매성능이 향상된 망간산화물 구조체를 만들었다. 이때 망간산화물 촉매에 존재하는 산소 공공은 아르곤(Ar) 플라즈마 처리를 통해 증가하고, 산소(O2) 플라즈마 처리를 통해서는 감소한다.

산소 공공의 농도가 높아지면 촉매가 이산화탄소를 효과적으로 흡착하고, 전하 전달을 촉진해 일산화탄소로 빠르게 바뀐다는 사실을 연구팀은 확인했다.

학계에서는 이 같은 성질을 활용하면 발전소나 제철소에서 배출하는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 바로 처리할 수도 있다고 기대했다.

김원배 교수는 "이번에 개발한 촉매는 이산화탄소를 산업적 활용성이 높은 일산화탄소로 선택적이고 고효율로 생산할 수 있는 기술로 평가받고 있다"고 했다.