April 20,2019

대기 중 이산화탄소로 석탄 제조

온난화 막고, 산업자원으로 활용

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지구온난화를 억제할 수 있는 온실가스 감축은 지구촌 사람들의 가장 큰 관심사에 속한다.

온실가스 가운데 이산화탄소(CO2)는 온난화 지수가 가장 낮은데도 불구하고 지구온난화의 주범으로 꼽힌다. 배출량이 많은 데다 산업화와 함께 대기 중 농도가 크게 늘어나고 있기 때문이다.

이산화탄소를 고체인 석탄으로 만드는 기술이 나와, 26일 ‘사이언스’ 뉴스와 ‘인디펜던스’, ‘데일리 메일’ 등 언론들이 ‘온실가스 방출 시계를 거꾸로 되돌린다’며 다투어 보도했다.

호주 RMIT대가 이끄는 연구팀은 액체 금속을 이용, 이산화탄소 가스를 탄소 고체 입자로 효율적으로 전환할 수 있는 새로운 기술을 개발해 과학 저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 26일자에 발표했다. 관련 동영상1 동영상2

소다수 속에서 떠오르는 탄소 방울. 인간이 대기 중에 방출하는 이산화탄소는 연간 320억톤에 이르러 지구온난화를 위협하고 있다.  Credit: Wikimedia Commons

소다수 속에서 떠오르는 탄소 방울. 인간이 대기 중에 방출하는 이산화탄소는 연간 320억톤에 이르러 지구온난화를 위협하고 있다. ⓒWikimedia Commons

이산화탄소를 석탄으로 되돌린다

현재 나와 있는 탄소 포집·저장기술은 이산화탄소를 액체 형태로 압축해 땅속으로 주입하는데 초점을 맞추고 있다. 그러나 기술적 문제와 경제성, 저장소에서의 유출 우려 등으로 지지부진한 상태다.

RMIT대 연구원 겸 호주 국가연구위원회 DECRA 펠로우인 토번 대네키(Torben Daeneke) 박사는 이산화탄소를 고체로 전환하는 방법은 더 지속 가능한 방법이 될 수 있다고 말했다.

그는 “문자 그대로 시간을 되돌릴 수는 없지만 이산화탄소를 석탄으로 되돌려 땅에 다시 묻는 것은 온실가스 배출 시계를 되감는 것과 같다”라고 설명했다.

지금까지 이산화탄소는 섭씨 600도 이상의 고온에서 고체로 전환돼 산업화가 어려웠다.

대네키 박사는 “액체금속을 촉매로 사용해 효율적이며 산업적으로 확장이 가능한 방법으로 실온에서 고체로 전환이 가능하다는 사실을 보여주었다”라며, “앞으로 더 많은 연구가 필요하지만 이산화탄소를 고체로 저장할 수 있는 중요한 첫 발을 내디뎠다”고 밝혔다.

온실가스 가운데 이산화탄소는 지구온난화지수가 가장 낮으나, 배출량이 많고 날로 증가하고 있어 문제가 된다. 비디오 캡처 그림 Credit: Wochit Tech / Youtube

온실가스 가운데 이산화탄소는 지구온난화지수가 가장 낮으나, 배출량이 많고 날로 증가하고 있어 문제가 된다. 동영상 캡처 그림 ⓒWochit Tech / Youtube

고체로 만든 탄소, 축전지 다양하게 활용 가능

논문 제1저자인 RMIT공대 도나 에스라필자데(Dorna Esrafilzadeh) 박사는 대기 중 이산화탄소를 포획해 저장 가능한 고체 탄소로 전환하는 전기화학 기술을 개발했다.

연구팀은 이와 함께 특별한 표면 특성을 지닌 액체금속 촉매를 고안했다. 이 금속 촉매는 화학적으로 표면을 활성화시키면 전기전도성이 극단적으로 높아지는 속성을 지녔다. 사용된 촉매는 2017년에 처음 보고된, 액체 갈륨과 혼합된 촉매적으로 활성화된 팔라듐(catalytically active palladium mixed with liquid gallium)이었다.

실험실에서의 탄소 전환 과정은 다음과 같다.

이산화탄소를 전해액과 소량의 액체금속이 들어있는 비커에 용해시킨 다음 전류를 흘려보낸다. 잠시 후 이산화탄소는 서서히 고체의 탄소 박편(flakes)으로 전환된다. 이 박편들은 자연적으로 액체금속 표면에서 분리돼 지속적인 탄소질의 고체 생산이 가능하게 된다.

에스라필자데 박사는 생산된 탄소를 전극으로 사용할 수 있다고 말했다. 그는 “이 공정의 부수적인 이점은 탄소가 전하를 보유할 수 있어 미래에 자동차 부품으로 활용할 수 있는 축전지용 슈퍼커패시터가 될 수 있다는 점”이라고 설명했다.

이 공정은 또한 부산물로 산업적 활용이 가능한 합성 연료도 생산한다고 덧붙였다.

연구팀은 처음으로 액체금속을 촉매로 이용해 이산화탄소를 고체 탄소로 만들었다. 동영상 캡처 그림 Credit: RMIT Univ.

연구팀은 처음으로 액체금속을 촉매로 이용해 이산화탄소를 고체 탄소로 만들었다. 동영상 캡처 그림.  ⓒRMIT Univ.

경제성 있으면 실현 가능

네덜란드 유트레히트대 화학자인 베르트 베쿠이센(Bert Weckhuysen) 박사는 ‘사이언스’ 매거진에서 이번 연구작업에 대해 ‘새롭고, 매우 훌륭하다’라고 평가했다.

그는 생산된 탄소를 배터리 전극이나 테니스 라켓, 골프 클럽, 비행기 날개 등과 같은 다양한 제품 제조에 사용할 수 있다고 말했다.

국제에너지기구(IEA)는 2017년 한 해에 인간이 320억 톤 이상의 이산화탄소를 공기 중에 배출했다고 한다. 이런 어마어마한 양의 가스를 고체로 전환해 온난화 방지에 기여할 수 있을까?

논문 공저자인 더글라스 맥팔레인(Douglas MacFarlane) 호주 모나쉬대 화학과 교수는 ‘사이언스’ 매거진에 ‘수십억 톤 규모를 처리하는 것은 벅차게 보인다’며, ‘그러나 경제적으로 고무적인 일이라면 가능할 것으로 보인다’고 답했다.

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