상온·상압서 이산화탄소를 2-프로판올로 전환

성균관대학교 화학공학과 김정규·이상욱 교수 연구팀이 이산화탄소를 고부가가치 산업용 화학물질인 2-프로판올로 바꾸는 고효율 촉매를 개발해 수요일 공개했다. 실험에서는 별도의 고압 장비 없이 상온·상압 조건에서 세계 최고 수준의 효율을 나타냈으며, 생성물을 높은 선택도로 확보하는 데 성공했다.

이번 연구에는 한국과학기술연구원 고재현 박사 연구팀과 가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 김준영 교수가 참여했다. 성균관대 박사과정 홍원태 연구원이 제1저자, 박사후연구원 조성찬 연구원이 공동 제1저자로 이름을 올렸다. 연구 결과는 촉매·환경과학 분야 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’ 온라인판에 게재됐다.

전기에너지로 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 기술은 온실가스를 줄이는 동시에 탄소를 자원으로 재활용할 수 있다는 점에서 주목받아 왔다. 기존 방식은 일산화탄소나 메탄처럼 구조가 비교적 단순한 물질을 만드는 데 주로 머물렀다. 반도체 세정제와 소독제로 널리 쓰이는 복합 알코올인 2-프로판올을 이산화탄소에서 직접 합성하는 일은 주요 기술적 난제로 남아 있었다.

연구진은 촉매 표면에서 이동하는 전자의 흐름을 정밀하게 조절해 서로 다른 두 반응 경로를 열고, 두 경로가 동시에 작동하도록 설계했다. 이 과정에서 이산화탄소의 탄소 원자들이 통제된 방식으로 결합하면서 2-프로판올 생성으로 이어졌다. 촉매는 48시간 연속 운전에서도 눈에 띄는 성능 저하 없이 안정성을 유지했다. 연구진은 두 반응 경로를 협력시키는 설계가 폐이산화탄소를 산업 원료로 전환하는 친환경 기술의 상용화를 앞당길 것으로 기대했다. 연구는 과학기술정보통신부의 국가연구실사업, 이산화탄소 반응성 포집·전환 융합기술개발사업, 공학연구센터사업의 지원을 받아 수행됐다.