[if] 바이오 연료로, 시멘트로… 이산화탄소를 자원으로 바꾼다

지난 13일(현지 시각) 영국 런던에서 열린 유엔 산하 국제해사기구(IMO) 총회에서 172개 회원국은 전 세계 선박들의 온실가스 배출량을 2050년까지 현재의 50% 수준으로 감축하는 로드맵에 합의했다. 해마다 선박을 이용한 해운 운송이 늘면서 이산화탄소(CO₂) 배출량이 크게 증가하자 세계 각국이 온실가스 감축을 위한 행동에 나선 것이다.

세계적으로 이산화탄소 저감 요구가 높아지면서 과학계에서도 온실가스를 획기적으로 줄이려는 연구를 추진하고 있다. 과거에는 주로 공기에서 이산화탄소를 포집해 바닷속에 저장했는데 최근에는 이산화탄소를 모아서 자원으로 만들려는 시도가 늘고 있다. 온실 가스 감축과 자원 재활용이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡고 있는 것이다.

◇광합성 원리 이용해 이산화탄소 자원화

최근 온실가스 저감 연구에서 가장 각광받는 분야는 이산화탄소를 연료로 전환하는 기술이다. 핵심 기술은 빛을 이용해 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 분해하는 광(光)촉매이다. 광촉매는 빛을 받아들여 화학반응을 촉진하는 물질이다.

손호진 고려대 신소재화학과 교수는 지난 1월 태양광의 적색 빛을 이용해 이산화탄소를 합성연료로 바꾸는 기술을 개발했다고 국제학술지 ACS 카랄리시스를 통해 발표했다. 연구진은 식물이 광합성을 할 때 빛을 포집하는 포피린을 광촉매에 결합했다. 그 결과 햇빛을 받으면 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 바뀌었다. 이는 나중에 합성연료의 원료가 된다.

 

컨테이너를 실은 대형 화물선에서 온실가스가 포함된 검은 매연이 나오고 있다(위 사진). 과학자들은 온실가스를 분리하는 데 그치지 않고 이를 연료로 바꾸는 기술까지 개발하고 있다. 이재성 울산과학기술원 교수는 촉매로 이산화탄소와 수소를 반응시켜 경유의 주성분인 액화탄화수소를 만드는 데 성공했다. 아래 사진 왼쪽이 촉매, 오른쪽이 액화탄화수소다. /IMO·울산과학기술원

인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수는 지난해 11월 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 3배 높인 광촉매를 개발했다. 연구팀이 개발한 이산화티타늄 광촉매는 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 효율이 12.49%로, 지금까지 발표된 광촉매 가운데 가장 높다. 차형준 포스텍 교수와 김창섭 영남대 교수 연구팀은 지난해 7월 탄산무수화효소라는 촉매를 이용해 이산화탄소와 물을 반응시켜 탄소와 수소가 결합된 새로운 탄산화합물을 만들어냈다.

이재성 울산과학기술원(UNIST) 교수는 이산화탄소와 수소를 반응시켜 경유의 주성분인 액화탄화수소를 만들 수 있는 촉매를 개발하고 있다. 기존에는 이산화탄소와 수소의 화학 반응으로 메탄이나 메탄올 등 저분자 물질을 만들었다. 하지만 이 교수는 구리와 철로 구성된 금속 촉매를 개발해 메탄올보다 탄소 연결 고리가 긴 고분자 디젤 연료를 생산하는 기술을 확보했다.

이 기술은 글로벌 자동차 기업 아우디가 개발한 기술보다 간편하다. 아우디는 이산화탄소에서 산소를 뗀 일산화탄소를 만드는 과정이 한 번 더 필요한데 이 교수가 개발하는 촉매는 이 반응을 한 번에 일어나도록 한다. 이재성 교수는 "이산화탄소 속의 탄소가 땅이나 바다에 들어가 다시 화석연료로 되기까지 수백만년의 시간이 걸리지만 촉매 기술을 이용하면 수분 만에 이산화탄소를 연료로 바꿀 수 있다"고 말했다.

◇건설자재·바이오연료로 재활용

국내에서 2015년부터 탄소 배출권 거래제가 시행되면서 기업들도 이산화탄소 활용 사업에 뛰어들고 있다. 대우건설과 한국남동발전·극동ECT 등 6개 기업이 참여한 대우건설 연구컨소시엄은 지난해 7월 공장에서 나오는 이산화탄소를 모아 건설 소재로 만드는 생산 시설인 '탄소자원화 파일럿 플랜트'를 세웠다. 이산화탄소를 알칼리 금속과 반응시키면 탄산칼슘이 나오는데 이를 시멘트와 블록, 지반강화재 등 건설 자재로 활용하고 있는 것이다. 하루 40t의 이산화탄소를 처리하고, 연간 3만4000t의 건설 소재를 생산할 수 있어 본격 가동할 경우 경제효과만 10억원에 이르는 것으로 추산된다.

한국전력은 미생물을 이용해 화력발전소에서 나오는 온실가스를 친환경 연료인 메탄가스로 바꾸는 바이오 메탄화 기술을 개발하고 있다. 한전은 가축 분뇨에서 얻은 메탄 생성균을 대형 탱크에서 배양했다. 여기에 이산화탄소와 수소, 각종 유기물질을 공급하면 화학 반응을 통해 메탄가스가 나온다. 내년까지 원천기술을 확보해 2023년부터 50메가와트(MW)급 천연가스 발전 설비를 세운다는 계획이다.

..

최인준 기자

<저작권자 ⓒ ChosunBiz.com, 무단전재 및 재배포 금지>