이산화탄소를 프로판 연료로 변환한다

미국 일리노이공대 연구팀이 온실가스 중 가장 배출량이 많은 이산화탄소를 대규모로 경제적으로 실행 가능한 방법으로 연료로 사용되는 프로판으로 변환하는 전해장치를 발표했다.

이산화탄소는 산업혁명 이후 지구 온난화에 대한 기여율은 76%에 달한다. 미국 정부도 2050년까지 온실가스 배출량을 실질적으로 제로로 하는 목표를 내걸고 있으며 전력이나 산업 부문에서 배출되는 이산화탄소를 삭감하는 혁신적 방법이 요구되고 있다.

따라서 연구팀은 저렴하고 입수 가능한 재료를 이용해 이산화탄소를 프로판으로 변환하는 전해장치를 연구했다. 프로판은 천연가스 성분 일종으로 일상에 그치지 않고 폭넓은 산업 분야에서 연료로 이용되고 있다. 최근에는 이산화탄소를 다양한 화학물질로 변환하는 전극 촉매 연구가 진행되고 있지만 이산화탄소로부터 3개 이상 탄소 원자로 이뤄지는 분자를 직접 제조하는 건 곤란했다고 한다. 프로판도 탄소 원자 3개와 수소 원자 8개가 결합한 알케인(alkane)이기 때문에 지금까지 효율적으로 이산화탄소를 프로판으로 변환하는 건 어려웠다고 한다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 몰리브덴과 인을 조합한 몰리브덴 인화물(Mo3P) 나노 입자를 이용한 새로운 촉매계를 고안해 컴퓨터 모델링과 실험을 통해 촉매 시스템 반응 활성과 선택성을 분석했다.

연구팀은 배치 단위로 처리하는 게 아니라 연속 흐름에 의한 프로판 생성을 가능하게 하는 전재조 설계를 구현했기 때문에 프로판을 지속적이고 대규모로 생성할 수 있다고 주장한다. 연구팀에 따르면 이 촉매계는 전해조 내에서 100시간에 걸쳐 효율적으로 이산화탄소를 프로판으로 변환할 수 있고 생성물에 기여한 비율을 나타내는 패러데이 효율은 91%에 달한다고 한다.

연구팀은 혁신 최적화와 보급을 위해 글로벌 프로판 기업인 SHV에너지와 제휴하고 잇다. SHV에너지 측은 목적에 따른 프로판 생산에 길을 열 흥미로운 개발이며 프로판 연료를 이용하는 전 세계 사용자를 위한 것이 될 것이라고 밝히고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.