이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 가장 큰 원인으로 지목된다. 구조적으로 매우 안정하기 때문에 다른 물질로 쉽게 전환되지 않는다. 이산화탄소로 인한 환경문제를 극복하기 위하여 이를 전환시키려는 기술개발 연구가 대두되고 있다.
그러나 현재 기술은 고가의 전기‧열에너지를 투입하여 이산화탄소를 분해하는 수준으로, 광범위하게 활용되기 어렵다. 인공광합성을 통한 이산화탄소 전환 연구에서도 촉매효율이 낮고 전환반응이 안정적이지 못한 한계가 있다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 태양광에너지 중에서 적색 빛을 이용해 이산화탄소를 합성연료로 전환시킬 수 있는 기술을 개발해냈다.
손호진 고려대 교수 연구팀은 고효율 태양광 포집기술을 적용하여 이산화탄소 전환용 광촉매를 개발했다. 이를 통해 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 전환됨으로서 사용가능한 합성연료가 생성된다.
연구팀은 식물이 광합성 할 때 빛을 포집하는 클로로필과 유사한 포피린 염료를 활용했다. 포피린은 식물의 엽록소에서 발견되는 화합물로, 태양전지 등 다양한 분야에 활용되지만 태양광에 장시간 노출되면 쉽게 분해된다. 이에 산화물반도체를 결합시겨서 광안정성을 획기적으로 개선시켰다. 포피린만으로 구성된 광촉매보다 전환효율이 10~20배 향상되고, 4일 이상 장기 연속 공정에서도 촉매반응이 지속됐다.
특히 포피린은 가시광선 중에서도 파장이 길고 에너지가 낮은 적색 빛도 잘 흡수할 수 있다. 태양광 발전에서 사용되지 않고 버려지던 적색 빛으로 광에너지를 포집함으로서 안정적으로 이산화탄소 환원 반응을 유도할 수 있다.
손호진 교수는 “향후 개발된 광촉매는 대용량 이산화탄소 전환에 적용이 가능하여 기후변화대응 환경산업 발전에 큰 기여를 할 것”으로 기대했다.
한편 이번 연구성과는 교육부‧한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 이공학 개인기초연구지원사업, 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 화학 분야 국제학술지 에이시에스 카탈리시스(ACS Catalysis) 지난 9일자에 게재됐다.