기후위기의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 청정에너지 원료로 전환할 수 있는 새로운 촉매 기술이 개발됐습니다. 미국 예일대(Yale University)와 미주리대(University of Missouri) 공동 연구진은 값싸고 흔한 금속인 망간(Mn)을 활용해 이산화탄소를 포름산염(formate)으로 효율적으로 바꾸는 촉매를 개발했다고 발표했습니다. 이 연구 결과는 화학 분야 국제학술지 <켐(Chem)>에 실렸습니다.

 

 

 

포름산염은 수소를 안정적으로 저장할 수 있는 물질로, 수소연료전지의 핵심 원료로 주목받고 있습니다. 포름산염 화합물은 이미 제설제나 방부제, 가죽 가공 등에 사용될 만큼 산업적 활용도가 높습니다. 그러나 현재 포름산염 대부분이 화석연료 기반 공정으로 생산돼 환경적 한계가 있었습니다.

 

예일대 닐라이 하자리(Nilay Hazari) 교수는 “화석 연료 유래 원료를 대체할 재생 가능한 화학 원료를 모색하는 지금, 이산화탄소 활용은 최우선 과제”라며, “대기 중 이산화탄소를 유용한 화학 원료로 바꾸는 것이 지속가능한 에너지 전환의 중요한 열쇠”라고 강조했습니다.

 

이산화탄소는 안정된 분자여서 다른 물질로 전환하기 어렵습니다. 그동안 전환 과정에서 백금, 루테늄 같은 귀금속 촉매가 주로 사용됐지만 가격이 비싸고 독성 문제도 컸습니다. 반면 망간처럼 흔한 금속은 값이 싸지만, 반응 도중 쉽게 분해돼 성능이 떨어지는 단점이 있었습니다.

 

연구진은 촉매 구조를 미세하게 재설계해 이 문제를 해결했습니다. 핵심 개선점은 리간드 설계에 추가적인 공여(기증) 원자를 도입해서 이루어졌습니다. 리간드(ligand)는 금속 원자와 결합해 반응성을 좌우하는 원자나 분자를 말합니다. 이 변경은 촉매를 안정화시키고 그 효율성을 유지하는 데 도움이 됐습니다. 그 결과 망간 촉매가 기존 귀금속 촉매보다도 뛰어난 성능을 보였습니다.

 

이 연구의 제1저자인 웨달(Justin C. Wedal) 박사는 “리간드 설계의 작은 변화가 큰 성능 향상으로 이어졌다”며 “저비용 금속으로도 고효율 촉매를 만들 수 있음을 입증했다”고 말했습니다.

 

 

이 기술이 상용화되면 대기 중 이산화탄소를 줄이면서 동시에 수소연료전지용 원료를 생산하는 ‘이중 효과’를 기대할 수 있습니다. 연구진은 이번 설계 원리가 다른 친환경 화학 공정에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 전망합니다.

 

값싼 금속 촉매로 온실가스를 연료로 전환하는 기술은 탄소중립 시대의 핵심 인프라로 주목되는 분야입니다. 이산화탄소가 에너지 자원이 되어 청정연료가 양산되는 미래가 성큼 다가오길 기대해 봅니다.