반복 사용이 가능한 이산화탄소 변환법 개발

[박계현기자] 국내 연구진이 기체 상태 이산화탄소를 저농도에서 변환해 산업적으로 활용할 수 있는 방법을 개발했다.

고려대 구만복 교수와 황이택 박사, 강해민 연구원이 참여한 연구팀은 탄산무수화 효소(Carbonic anhydrase)를 이용해 이산화탄소를 카보네이트로 변환할 수 있는 탄산칼슘 결정 복합체를 개발했다.

탄산무수화 효소는 이산화탄소와 물을 탄산수소이온(HCO3-)과 수소이온(H+)으로 바꾸는 것을 촉매하는 효소이다. 이산화탄소가 물에 녹으면서 변환된 카보네이트는 다른 물질과 결합해 전자기기 등에 사용되는 폴리카보네이트, 칼슘과 결합할 경우 칼슘카보네이트(석회석) 등 다양한 산업재로 이용된다.

연구팀은 공기 중의 이산화탄소를 높은 농도의 탄산수소이온으로 변환한 후 칼슘 이온과 반응시켜 탄산칼슘 복합 결정체를 만들었다.

탄산칼슘 결정의 표면적을 안정적으로 높이기 위해 폴리-에틸렌글라이콜(PEG)을 이용해 결정을 표면적이 넓은 타원형태로 교정했다. PEG는 고분자물질로 결정체와 융합할 경우 내부에 균질한 공간을 확보해줘서 촉매의 안정성과 반응성을 높일 수 있다.

또 연구팀은 자성나노입자를 이용해 사용한 복합체를 자성을 이용해 쉽게 회수할 수 있도록 했다. 자성나노입자가 들어갈 경우 원심분리 등 복잡한 단계 없이 자석만으로 복합체를 회수할 수 있다.

지금까지 이산화탄소는 기체 상태에서 활용할 수 있는 방안이 없었다. 기존에는 고농축된 이산화탄소에 칼슘을 첨가해 건축자재 등 일부 산업 영역에서 이용하거나 지하에 매장했다.

이번에 개발된 탄산칼슘 복합체는 50일이 넘는 시간동안 13회 이상 재사용할 수 있어 기존 일회성 생촉매에 비해 경제성이 뛰어나다. 재사용을 하더라도 본래 85% 이상의 활성도를 유지하는 등 매우 강력한 기능을 갖고 있다.

구만복 교수는 "이번 연구성과를 통해 향후 지구온난화에 직접영향을 끼치는 온실가스(이산화탄소)를 비교적 값이 싼 저농도에서 직접 산업적으로 활용할 수 있게 됐다"며 "향후 생물체 내에서 결정화를 통해 광물이 생성되는 생체-결정화 분야 연구를 심화해 탄산칼슘 생촉매 분야에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.