울산과학기술원, 이산화탄소를 메탄올로 바꾸는 고성능 구리 촉매 개발

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 연구팀이 성균관대학교, 연세대학교와 공동으로 이산화탄소(CO₂)를 메탄올로 전환하는 고성능 구리 촉매를 개발했다고 26일 밝혔다. 지구 온난화의 주요 원인인 CO₂를 줄이면서 친환경 연료를 생산할 수 있는 이 기술은 탄소 자원화 분야에서 주목받고 있다. 메탄올은 플라스틱과 합성섬유 등 기초 화학제품의 원료로 활용되며 액체 상태로 저장과 운반이 쉬워 수소 저장운반체 및 연료전지 원료로도 각광받는 물질이다. 기존에는 CO₂를 메탄올로 변환할 때 수소 등 부산물이 함께 생성돼 정제 과정이 필요했다. 연구팀이 개발한 촉매는 부산물 생성을 최소화하고 메탄올만을 선택적으로 생산할 수 있다. 메탄올 선택도는 최대 70%로 구리 기반 촉매 가운데 최고 수준이며, 고가의 귀금속 촉매와 견줄 만한 성능이다. 일반 구리 촉매의 선택도가 10~30%에 그치는 것과 대조적이다. 이 촉매는 구리 피로인산염 나노 영역과 순수 구리 금속 영역이 퍼즐처럼 결합된 밀착 구조를 갖는다. 이런 구조에 따라 수소 생성 경쟁 반응이 억제되고 메탄올만을 선택적으로 합성할 수 있다. 연구팀은 리튬배터리의 방전 원리를 응용해 복합 구조를 간단히 제작했다. 전극 재료에 전류를 흘려주면 구리 피로인산염 일부가 순수 구리로 환원되며 두 물질이 한 입자 안에서 자연스럽게 혼합되는 복합 구조가 형성된다. 또 이 촉매는 기존 방식과 다른 반응 경로를 따른다. 일반적으로 일산화탄소(CO)를 거쳐 메탄올이 생성되지만, 이 촉매는 포름산(HCOOH)을 먼저 만든 후 메탄올로 전환하는 새로운 방식이다. 류정기 교수는 "메탄올은 전 세계에서 연간 수천만톤 이상 소비되는 핵심 산업 원료이자 에너지원"이라며 "값싼 구리로 높은 선택성과 전류 밀도를 확보한 이 기술은 공장에서 CO₂를 유용한 자원으로 바꾸는 탄소 자원화 시대를 앞당길 것"이라고 말했다. 이번 연구는 세계적인 과학 저널 어드밴스드 머터리얼즈에 5월 20일 온라인 게재됐으며 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.