태양광을 한 번 쬐는 것만으로 온실가스와 바이오 폐기물을 동시에 유용한 화학물질로 바꾸는 새로운 촉매 기술이 개발됐다.
영국 노팅엄대 연구팀은 태양광 에너지만으로 이산화탄소(CO₂)를 유용한 화학물질로 환원시키고, 바이오매스 폐기물을 지속가능한 플라스틱 원료로 산화시키는 광촉매를 개발했다고 12일(현지시간) 국제학술지 '커뮤니케이션스 머티리얼즈'에 발표했다.
이 기술의 핵심은 광전기화학(PEC) 반응기 내부에 설치된 두 종류의 신규 촉매다. 한쪽의 광양극 촉매가 태양광을 흡수하면 바이오 폐기물 분자를 산화시키고, 이때 방출된 전자가 다른 쪽의 음극으로 이동해 CO₂를 환원시키는 원리다.
연구팀에 따르면 이 과정은 단 하나의 태양광 광자(photon) 에너지로 두 가지 화학 반응을 동시에 일으킨다. CO₂는 섬유, 페인트, 의약품 등에 쓰이는 포름산염(formate)으로, 바이오 폐기물은 차세대 바이오 플라스틱의 전구체로 전환된다.
새로 개발된 촉매는 탄소 질화물, 텅스텐 산화물에 코발트 산화물 층을 더해 만든 나노구조 광양극이다. 연구팀은 이 촉매를 이용해 CO₂ 전환 효율 약 93%, 바이오매스 산화 효율 약 95%를 달성했다고 밝혔다.
특히 이 기술은 추가적인 열이나 전력 공급 없이 오직 태양광만으로 구동된다. 또한 값비싼 희귀 금속 대신 지구상에 풍부한 원소로 촉매를 만들어 확장 가능성을 높였다.
연구팀은 수명주기 평가를 통해 이 공정의 환경적 이점과 저탄소 화학 제조 잠재력을 확인했다. 연구팀은 향후 이 촉매 시스템을 산업 현장의 CO₂ 발생원이나 바이오 정제 시설과 통합해 지속가능한 화학제품 생산에 기여할 수 있을 것으로 기대했다.