디지스트 연구팀, 순간 최고 효율 3.3% 달성
지구온난화의 주범인 이산화탄소를 태양광을 이용해 연료로 이용하는 메탄과 에탄으로 전환해 주는 고효율 광촉매가 대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 연구팀에 의해 개발됐다. 아직 넘어야 할 산이 많지만, 상용화하면 지구온난화와 에너지문제를 일거에 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
디지스트 에너지공학전공 인수일 교수 연구팀은 이산화탄소를 메탄과 에탄 연료로 전환하는 세계 최고 효율 광촉매를 개발했다고 27일 밝혔다.
지난 11일 하와이 마우나로아 관측소에서 측정된 대기 중 이산화탄소 농도는 415.26ppm으로 1958년 관측 이후 역대 최고치를 기록했다. 5월의 갑작스러운 폭염도 이와 무관하지 않다. 따라서 이번 연구는 이산화탄소 저감을 통한 기후변화 대응 및 대체 에너지 관련된 분야에서 크게 주목받고 있다.
기존의 광촉매는 촉매 표면에서 전자와 정공이 재결합하며 에너지 효율이 감소하거나, 에너지 생성에 필수적인 전자가 다른 물질로 전달되며 부산물이 형성되는 문제가 있었다. 따라서 전자와 정공의 재결합 방지와 전자 전달 효율 개선을 위해 주촉매의 반응을 도와주는 조촉매에 대한 연구가 현재 활발하다.
인 교수팀은 구리-백금 합금의 조촉매가 부착된 고효율 광촉매를 개발했다. 개발된 광촉매는 전자 전달 효율이 좋은 백금 위에 이산화탄소가 잘 흡착되는 구리가 결합된 합금을 주촉매인 이산화티타늄 위에 올린 구조다. 빛에 의해 생성된 전자가 백금을 통해 구리 입자로 전달된다. 이 때 대기 중 이산화탄소가 구리 입자 표면에 흡착되고, 표면에 있던 전자와 반응해 에너지로 사용가능한 메탄과 에탄 가스를 발생시킨다.
인 교수 연구팀은 순간 최고 전환 효율이 3.3%에 달할 만큼 높다. 기존 광촉매는 전환효율이 1%에 미치지 못하는 게 현실이다. 하지만 최교효율 지속 시간이 짧아 당장 상용화는 어렵다.
인 교수는 “구리-백금 조촉매를 이용한 광촉매는 전환 효율이 높고, 합성 공정이 비교적 간단해 상용화에 매우 유리하다”며 “전환효율을 높이고 지속시간을 늘리는 후속연구를 지속하겠다”고 말했다.
이번 연구결과는 에너지 & 인바이러멘털 사이언스 온라인판에 게재됐다.
정광진기자 kjcheong@hankookilbo.com
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