온난화 주범 CO₂, 고부가가치 부탄올로 바꾼다

 온난화 주범 CO₂, 고부가가치 부탄올로 바꾼다

최근 성균관대학교 이효영 교수 연구팀이 이산화탄소(CO₂)를 고부가가치 화합물인 부탄올로 전환하는 혁신적인 연구 성과를 발표했습니다. 이 연구는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 포집하고 활용하는 CCU(이산화탄소 포집 및 활용) 기술의 중요한 진전을 보여줍니다.

이산화탄소의 활용 가능성

전 세계적으로 이산화탄소를 포집하고 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 고부가가치 화합물 제조 기술의 한계로 인해 상용화가 쉽지 않았습니다. 특히, 생산 비용이 높은 것이 큰 장애물로 작용하고 있습니다. 그러나 이번 연구는 새로운 가시광촉매를 활용하여 이산화탄소로부터 순도가 높은 부탄올을 생산하는 데 성공했습니다.

탄소 사슬의 중요성

고부가가치 화합물의 가격은 탄소 사슬의 길이에 따라 결정됩니다. 탄소 사슬이 길어질수록 생산 비용이 증가하고, 부산물의 정제 및 분리가 필요해지기 때문에 고비용의 분리정제 기술이 요구됩니다. 따라서, 연구팀은 탄소 사슬이 길고 부산물의 정제 및 분리가 필요 없는 단일 화합물만을 선택적으로 생산할 수 있는 기술 개발에 집중했습니다.

혁신적인 광촉매 기술

연구팀은 이산화탄소를 부탄올로 전환하는 효율성과 선택성을 높이기 위해 결정면 엔지니어링 방법을 도입했습니다. 이들은 불안정성이 있는 산화세륨(CeO2)과 전하 분리 특성이 뛰어난 산화구리(Cu2O)를 결합하여 새로운 가시광촉매를 개발했습니다. 이를 통해 부탄올에 대한 선택성을 최대 60%까지 향상시킬 수 있었습니다.

이효영 교수는 “이번 연구는 광촉매 성능 향상을 위한 계면 효과를 이해하는 명확한 관점과 지속 가능한 화학 생산을 위한 귀중한 통찰력을 제공한다”며, “온난화의 주범인 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 상품화함으로써 인류의 난제를 해결할 수 있는 탄소 중립 실현에 한 걸음 다가갈 것”이라고 기대감을 표했습니다.

연구 결과의 발표

이번 연구 결과는 국제 과학 저널 ‘응용 촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)’에 2025년 2월 3일 온라인으로 게재되었습니다. 이 연구는 지속 가능한 화학 생산을 위한 중요한 이정표가 될 것으로 기대됩니다.

이처럼 이산화탄소를 활용한 부탄올 생산 기술은 지구 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 가능성을 보여주고 있습니다. 앞으로의 연구와 발전이 더욱 기대됩니다.

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부탄올

부탄올(butanol)은 알코올의 일종으로, 화학식 C₄H₁₀O를 가지고 있습니다. 부탄올은 4개의 탄소 원자를 포함하고 있으며, 여러 이성질체가 존재합니다. 가장 일반적인 이성질체는 다음과 같습니다:

1. 정부탄올 (n-butanol): 직쇄형 구조를 가진 부탄올로, 가장 간단한 형태입니다.

2. 이소부탄올 (isobutanol): 가지형 구조를 가진 부탄올로, 메틸기 하나가 두 번째 탄소에 붙어 있습니다.

3. 세부탄올 (sec-butanol): 두 번째 탄소에 하이드록시기(-OH)가 붙어 있는 구조입니다.

4. 테르부탄올 (tert-butanol): 세 번째 탄소에 하이드록시기가 붙어 있는 구조로, 가장 가지가 많은 형태입니다.

부탄올은 주로 용매, 연료, 화학 중간체로 사용되며, 식품 및 화장품 산업에서도 활용됩니다. 또한, 부탄올은 에탄올보다 낮은 독성을 가지고 있어 일부 응용 분야에서 선호됩니다.