이산화탄소를 ‘산업의 쌀’ 에틸렌으로

KIST·숙명여대 공동 연구팀
경로 규명… 새 촉매 개발 청신호

국내 연구진이 이산화탄소(CO₂)로 에틸렌을 합성하는 과정을 명확히 규명했다. 대표적인 온실가스인 이산화탄소를  ‘산업의 쌀’이라 불리는 에틸렌으로 바꾸는 기술을 확보한 만큼, 기후변화 대응의 새로운 장을 열 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 황윤정 박사 연구팀이 숙명여대 김우열 교수(화공생명공학) 연구팀과 공동으로 이산화탄소가 환원돼 에틸렌이 합성되는 과정에서 구리 기반 촉매의 표면에 흡착한 반응 중간체를 관찰하고, 실시간으로 거동을 분석하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

기후변화의 대표적인 원인으로 지목되는 이산화탄소를 줄이기 위해 이를 다른 유용한 화합물로 활용하기 위한 다양한 연구가 진행됐다. 그 결과 이산화탄소로 에틸렌을 합성해내는 데 성공했다는 보고도 이어졌다. 그러나 반응 중간체(최종 생성물이 나오는 과정에서 중간에 관찰되는 화학종)를 비롯한 반응 과정이 명확하게 밝혀진 적은 없었다. 이 때문에 반응 과정에 대해 제대로 알 수 없었을 뿐 아니라, 에틸렌과 함께 여러 부산물이 생성돼 산업적으로 활용하기에는 무리가 있었다.

연구진은 적외선분광학 분석법을 적용해 나노구리입자 촉매 표면의 이산화탄소 전환 반응에서 일산화탄소 외에 에틸렌이 되는 과정의 중간체(OCCO)와 메탄을 생성하는 중간체(CHO)를 각각 관찰했다. 그 결과, 일산화탄소와 에틸렌 중간체(OCCO)는 같은 시간대에 생성되는 반면, 메탄올 중간체(CHO)는 두 중간체에 비해 상대적으로 느리게 생성되는 것을 발견했다. 반응경로를 제어해 촉매 표면에서 에틸렌 생성을 더 늘릴 수 있다는 가능성을 확인한 셈이다. 이번 연구 성과는 에너지·환경과학 분야 국제학술지 ‘에너지 & 환경과학’ 최신호에 실렸다.

김준영 기자 [e-mail]