국내 연구진이 이산화탄소를 메탄올로 바꾸는 고효율 광촉매를 개발했다. 이 광촉매를 이용하면 이산화탄소의 메탄올 변환량을 기존대비 25배까지 늘릴 수 있다.
KAIST(총장 강성모)는 EEWS 대학원 강정구·김용훈 교수 및 이동기·최지일 연구원이 플라즈마를 이용한 이산화티타늄 광촉매 제조기술을 확보했다고 26일 밝혔다.
연구팀은 이산화티타늄에 기체 콜드 플라즈마(cold Plasma) 반응법을 이용했다. 이 반응법은 상온에서도 고 반응성 수소 및 질소 라디칼을 형성할 수 있다. 기존 산화물 공정은 한 물질에서 질소와 수소를 동시에 처리하는 것이 불가능했다.
이 기술로 연구팀은 자외선(UV) 영역에 국한되던 이산화티타늄의 빛 감지 범위를 가시광선 영역까지 확대시켰다. 그 결과 전자 전달 능력이 1만배 이상 증가했다. 이는 귀금속 광물 없이도 이산화탄소를 메탄올로 변환시킬 수 있다는 것을 의미한다.
인공광합성 반응이 잘 일어나도록 도와주는 별도 화학첨가제나 전기형태 에너지 없이도 가시광 범위까지 반응이 일어난다.
연구팀은 “이산화티타늄 광촉매가 이론 한계치의 74%에 달하는 광전류를 발생시켰다”며 “이산화탄소를 이용한 메탄올 발생량이 25배 이상 증가했다”고 말했다.
연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용해 촉매 반응 향상 원리도 이론적으로 규명했다.
연구결과는 에너지 분야 학술지 `어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)` 5월 9일자 온라인 판에 게재됐다.
강정구 교수는 “우리가 확보한 광촉매 반응 향상 현상은 산화아연, 산화구리 등 광범위 물질에 공통적으로 적용가능 한 것으로 확인됐다”며 “앞으로의 응용 가능성이 매우 높다”고 설명했다.
강 교수는 “우리나라는 매년 6억톤의 이산화탄소가 발생하고 세계적으로는 250억톤에 이른다”며 “이산화탄소를 메탄올로 변환할 수 있다면 1톤 당 약 40만원에 판매가 가능해지고, 운반 문제를 해결할 수 있다”고 부연설명했다.
연구는 미래창조과학부의 글로벌프론티어사업, 인공광합성 사업과 KISTI 슈퍼컴퓨터 사업 지원을 받았다.
박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com