이산화탄소를 고부가원료 '개미산'으로 바꾼다

UNIST 등 연구진 촉매기술 개발

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 권영국 교수팀이 성균관대, 대구경북과학기술원(DGIST) 연구진과 공동으로 이산화탄소를 유용한 물질로 바꾸는 촉매기술을 개발했다. 이산화탄소를 공업 원료인 개미산으로 전환하는 촉매다.

1일 UNIST에 따르면, 이 촉매는 기존 상용 주석 산화물 소재와 비교해 전기 소모가 적고, 개미산의 생산 속도가 19배 이상 향상 됐다. 또한 반응 부산물도 70% 줄었다.

UNIST 권영국 교수는 "주석 입자 내 원자 수준 틈을 조절하는 기술을 통해 고부가 개미산의 생산속도와 선택성을 획기적으로 증가시킬 수 있었다"고 말했다.

연구진은 값싼 비귀금속 주석(Sn)을 기반으로 고성능 개미산 생산 촉매를 만들었다. 개미산은 식품, 가죽처리, 제약 산업에 널리 쓰이고 있다. 또 최근에는 연료전지 연료와 수소저장체로도 주목받는 물질이다.

연구진은 고성능 주석 산화물 촉매를 만들기 위해 촉매입자에 머리카락 굵기 10만분의 1 수준 보다 더 가는 초미세 균열을 내는 특수 기술을 이용했다. 이 초미세 균열 사이에 이산화탄소가 갇히면서 반응에 필요한 에너지가 줄고 반응 부산물 생성은 효과적으로 줄일 수 있다.

주석 촉매 입자에 초미세 균열을 내기 위해서 양이온 주입 기술을 썼다. 주석 산화물 입자 내부에 리튬 양이온을 주입하면 가지런했던 원자 배열이 어긋나게 된다.

이 어긋난 원자배열들이 이동하면서 주석 입자 내부에 약 1㎚(나노미터, 100만분의 1㎜) 이하의 초미세 균열이 생기는 원리다.

연구진은 최적의 미세균열 크기도 찾아냈다.

미세 균열의 크기가 6Å(옹스트롬, 원자 2~3개 크기) 수준일 때 개미산 생성 속도와 선택성이 향상되고 부산물인 수소 생성이 효과적으로 억제됐다.

[e-mail] 김만기 기자