온실가스를 플라스틱으로?…고성능 촉매 설계 기술 개발 (09.11)

김형준 KAIST 연구팀, 온실가스 전환 고효율 전기화학 촉매 설계 기술 개발

 

 

 

▲ 이산화탄소의 고효율 전기화학 전환이 가능한 촉매 설계안과 기본 작용 기작을 나타내는 모식도.<이미지=미래부 제공>

 

온실가스를 다른 유용한 고효율 물질로 전환할 날이 머지않았다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 김형준 KAIST 연구팀이 양자 역학 시뮬레이션을 이용해 '온실가스를 다른 유용한 물질로 전환할 수 있는 고효율 전기화학 촉매 설계 기술'을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 화학분야 학술지(Journal of the American Chemical Society) 온라인에 지난 7월 25일자로 게재됐다.

환경문제로 온실가스(주로 이산화탄소)를 유용한 물질로 전환해 재활용할 수 있는 기술에 대한 요구가 커지고 있으나 전환 효율이 낮아 상용화에 한계가 있다. 과학자들의 다양한 시도가 있었음에도 이산화탄소 전환에 필요한 에너지를 상용화가 가능한 수준으로 낮출 수 있는 촉매후보는 아직 개발되지 않고 있다.

 

▲ 김형준 KAIST 교수.<사진=

미래부 제공>

연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 새로운 고성능·고효율의 촉매를 설계하기 위해 기존 촉매로 사용되고 있는 은(Ag) 표면에 34종의 다양한 원소를 미세하게 첨가해 이산화탄소가 일산화탄소로 전환되는데 필요한 에너지를 양자역학 시뮬레이션을 통해 조사했다.

그 결과 황(S) 원소가 함유된 촉매가 사용될 경우, 은만 촉매로 사용해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환할 때 필요한 전압(0.9V)보다 0.5V 이상 줄일 수 있음을 확인했다.

이러한 결과는 활성점(화학반응이 이루어지는 위치)에서 특별한 전자구조가 반응 중간물질을 선택적으로 안정화시켜 반응에 필요한 에너지를 효과적으로 낮춘 것으로 분석됐다.

연구진은 "이번 성과는 주로 금속들을 조합해 경험적으로 이루어지던 전기화학 촉매 개발 분야에 새로운 설계 방향을 제안한 것"이라며 "향후 온실가스 전환과 감축 분야에서 새로운 원천소재 개발이나 사용에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의의를 밝혔다.