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이산화탄소, 석유화학산업 핵심원료 '에틸렌'으로 바꾼다

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이산화탄소, 석유화학산업 핵심원료 '에틸렌'으로 바꾼다

2020.03.16 15:21
효율 기존 20%에서 최대 80%로 높여
강정구(왼쪽) KAIST 신소재공학과 교수와 정형모(오른쪽) 성균관대 기계공학부 교수의 모습이다. 이들 연구팀은 이산화탄소를 에틸렌으로 변환하는 촉매의 효율을 높이는 데 성공했다. KAIST 제공
강정구(왼쪽) KAIST 신소재공학과 교수와 정형모(오른쪽) 성균관대 기계공학부 교수의 모습이다. 이들 연구팀은 이산화탄소를 에틸렌으로 변환하는 촉매의 효율을 높이는 데 성공했다. KAIST 제공

한국과 미국 과학자들이 이산화탄소를 석유화학산업의 핵심 원료인 ‘에틸렌’으로 바꾸는 촉매의 효율을 높이는 데 성공했다. 에틸렌 생성효율을 기존 20%에서 최대 80%까지 높였다는 게 연구팀의 설명이다. 


강정구 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀은 이산화탄소를 구리 입자 내 원자의 틈을 제어하는 기술을 통해 에틸렌 생성 효율을 높였다고 16일 밝혔다. 이번 연구는 성균관대와 울산과학기술원(UNIST), 부산대, 미국 버클리 캘리포니아대, 미국 캘리포니아공과대 연구팀이 함께 참여했다.


에틸렌은 다양한 석유화합물로 가공될 수 있는 특성이 있어 석유화학공업의 가장 기본적인 물질로 여겨진다. 이산화탄소를 에틸렌으로 변환할 수 있는데, 여기에는 구리를 이용한 촉매가 필요하다. 하지만 구리 촉매는 그 효율이 떨어지는 게 문제점으로 꼽힌다. 함께 연구에 참여한 정형모 성균관대 기계공학부 교수는 “기존 구리 촉매는 20% 정도의 효율을 보인다”고 설명했다.


연구팀은 구리 원자 사이에 1nm (나노미터, 1nm는 10억 분의 1m) 미만의 좁은 틈에 주목했다. 정 교수는 “이 원자 틈이 이산화탄소 분자 크기 수준으로 작아지면 전기화학적 이산화탄소 전환 촉매반응에 영향을 미친다는 사실을 발견했다”며 “기존에는 촉매 반응이 일어나는 구리 촉매의 표면에만 집중했지만 그 내부 틈도 영향을 촉매 반응에 영향을 미친다”고 설명했다.


연구팀은 이런 원리를 적용해 새로운 구조의 촉매를 개발했다. 연구팀이 개발한 새로운 구조의 구리 촉매는 에틸렌 생성비율이 최대 80%에 이르는 것으로 확인됐다. 기존 구리 촉매보다 활성도도 약 10배 높았다.


강정구 교수는 “온실가스인 이산화탄소를 전환해 에틸렌을 효율적으로 생산하는 기술”이라며 “기후변화와 온실가스 문제 대응을 위한 기술이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 10일자 표지논문으로 게재됐다.

 

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 10일자 표지논문으로 게재됐다. KAIST 제공
이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 10일자 표지논문으로 게재됐다. KAIST 제공

 

 


 

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