국내 연구진, ‘온실가스 해결’ 고성능 촉매 설계기술 개발

아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구팀이 최첨단 양자 역학 시뮬레이션을 이용해 환경오염 물질인 온실가스를 다른 유용한 물질로 전환할 수 있는 고효율 전기화학 촉매 설계기술을 개발했다.

미래창조과학부는 김형준 한구과학기술원(KAIST) 연구팀이 고성능 슈퍼컴퓨터(KISTI 타키온)를 활용해 새로운 촉매를 설계하고, 이 촉매를 사용해 이산화탄소를 높은 효율로 일산화탄소로 전환할 수 있음을 증명했다고 11일 밝혔다.

양자역학 시뮬레이션은 양자역학을 이용해 화학반응을 원자 수준에서 예측하는 컴퓨터 시뮬레이션 방법이다.

그간 환경오염으로 인해 이산화탄소 등 온실가스를 유용한 물질로 전환해 재활용할 수 있는 기술에 대한 요구가 컸으나 전환 시 효율이 떨어져 상용화에 한계가 있었다.

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이 때문에 효율이 기본적으로 높은 전기화학적 전환 기술에 많은 관심이 쏠렸고, 고성능·고효율의 전기화학 촉매를 개발하기 위한 시도가 계속됐다.

연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 새로운 고성능·고효율의 촉매를 설계하기 위해 기존 촉매로 사용되는 은(Ag) 표면에 34종의 다양한 원소를 미세하게 첨가, 이산화탄소가 일산화탄소로 전환되는 데 필요한 에너지를 양자역학 시뮬레이션을 통해 조사했다.

그 결과, 황(S) 원소가 함유된 촉매를 사용할 경우 은만 촉매로 사용해 이산화탄소를 일산화탄소로 전환할 때 필요한 전압(0.9V)보다 0.5V 이상 낮아져 효율이 높아짐을 확인했다.

연구팀은 이번 연구 결과를 기반으로 다양한 전기화학 분야에서 고성능 촉매가 설계·개발될 것으로 예상했다.

특히 이번 연구를 통해 전 세계적으로 이산화탄소 감축과 관련한 법규 및 규제가 강화되는 상황에서 이산화탄소의 전기화학적 전환 분야에 대한 경쟁력을 확보하고 원천 기술 개발에 한 걸음 다가간 것으로 평가했다.

연구팀은 “이번 성과는 주로 금속들을 조합해 경험적으로 이뤄지던 전기화학 촉매 개발 분야에 새로운 설계 방향을 제안한 것”이라며 “향후 온실가스 전환 및 감축 분야에서 새로운 원천소재 개발이나 사용에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 미래부가 추진하는 글로벌프런티어사업 ‘하이브리드인터페이스기반미래소재연구단(단장 김광호)’의 지원으로 수행됐으며 연구결과는 화학분야의 세계적인 학술지인 ‘저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티’ 7월 25일자 온라인판에 게재됐다.