양자 역학을 활용해 화학반응을 원자 수준에서 예측하고, 이를 온실가스 문제 해결에 활용하는 기술이 개발됐다. 다양한 전기화학 분야에서 고성능 촉매를 설계·개발하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
김형준 KAIST 교수팀은 양자 역학 시뮬레이션을 이용해 ‘온실가스를 다른 유용한 물질로 전환하는 고효율 전기화학 촉매 설계 기술’을 개발했다고 11일 밝혔다.
연구팀은 고성능 슈퍼컴퓨터인 KISTI 타키온을 활용해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는데 필요한 새로운 촉매를 설계하고, 양자역학 시뮬레이션을 통해 높은 효율로 전환할 수 있음을 증명했다.
환경문제로 인해 이산화탄소와 같은 온실가스를 유용한 물질로 전환해 재활용하는 기술에 대한 요구가 많지만 전환 효율이 낮아 상용화에 한계가 있다. 기본적으로 효율이 높은 전기화학적 전환 기술에 관심이 높지만 이산화탄소 전환에 필요한 에너지를 상용화 수준으로 낮출 수 있는 촉매 후보가 아직 개발되지 않았다.
연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 새로운 고성능·고효율 촉매를 설계하기 위해 기존 촉매로 사용하는 은 표면에 34종의 원소를 미세하게 첨가하고 전환에 필요한 에너지를 양자역학 시뮬레이션을 통해 조사했다. 그 결과 황 원소가 함유된 촉매를 사용할 경우 은만 촉매로 사용할 때보다 필요 전압을 0.5V 이상 줄일 수 있음을 확인했다.
연구진은 “주로 금속들을 조합해 경험적으로 이뤄지던 전기화학 촉매 개발 분야에 새로운 설계 방향을 제안했다”며 “향후 온실가스 전환 및 감축 분야에서 새로운 원천소재 개발이나 사용에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
