이산화탄소를 프로판 연료로 효율적으로 변환

온실가스 중 가장 배출량이 많은 이산화탄소를 대규모이면서 경제적으로 실행 가능한 방법으로서 연료로 사용되는 프로판으로 변환하는 전해장치를 미국 일리노이공과대학 연구팀이 발표했습니다.

Illinois Tech Engineer Spearheads Research Leading to Groundbreaking Green Propane Production Method | Illinois Institute of Technology
https://www.iit.edu/news/illinois-tech-engineer-spearheads-research-leading-groundbreaking-green-propane-production-method

Illinois Tech Engineer Spearheads Research Leading to Groundbreaking Green Propane Production Method

Revolutionary Electrolyzer Efficiently Converts CO2 into Renewable Propane Fuel – ScienceSwitch
https://scienceswitch.com/2023/08/22/revolutionary-electrolyzer-efficiently-converts-co2-into-renewable-propane-fuel/

이산화탄소는 주요 온실가스 중 하나이며, 산업혁명 이후의 지구온난화에 대한 기여율은 약 76%에 달합니다. 미국 정부도 2050년까지 온실가스 배출량을 실질적으로 0으로 하는 목표를 내걸고 있으며, 전력 및 산업부문에서 배출되는 이산화탄소를 삭감하는 혁신적인 방법이 요구되고 있습니다.

이에 일리노이 공과대학에서 화학공학을 조교하는 모하마드 아사디 씨가 주도하는 연구팀은 저렴하고 입수 가능한 재료를 사용하여 이산화탄소를 프로판으로 변환하는 전해장치를 연구했습니다. 프로판은 천연가스 성분의 일종으로 일상생활뿐만 아니라 폭넓은 산업분야에서 연료로 이용되고 있습니다.

최근에는 이산화탄소를 다양한 화학물질로 변환하는 전극촉매의 연구가 진행되고 있지만 이산화탄소로부터 3개 이상의 탄소원자로 이루어지는 분자를 직접 제조하는 것은 곤란했다고 합니다. 프로판도 3개의 탄소원자와 8개의 수소원자가 결합한 알칸이기 때문에 지금까지 효율적으로 이산화탄소를 프로판으로 변환하는 것은 어려웠다고 합니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 몰리브덴과 인을 조합한 몰리브덴 인화물(Mo3P)의 나노입자를 이용한 새로운 촉매계를 고안해 컴퓨터 모델링과 실험으로 촉매계의 반응활성과 선택성을 분석했습니다.

연구팀은 배치단위로 처리하는 것이 아니라 연속흐름에 의한 프로판 생성을 가능하게 하는 전해조 설계를 구현했기 때문에 프로판을 지속적이고 대규모로 생성할 수 있다고 합니다. 연구팀에 따르면 이 촉매계는 전해조 내에서 100시간에 걸쳐 효율적으로 이산화탄소를 프로판으로 변환 가능하며, 생성물에 기여한 비율을 나타내는 패러데이 효율은 91%에 달했다고 합니다.

아사디 씨는 “재생가능한 화학물질의 제조는 정말 중요한데 이 방법은 현재 우리가 일상적으로 사용하고 있는 화학물질을 잃지 않고 탄소순환을 닫는 최선의 방법”이라고 보았습니다.

일리노이 공과대학은 이번 혁신을 최적화하고 보급하기 위해 글로벌 프로판 기업인 SHV에너지와 제휴하고 있습니다. SHV에너지의 지속가능연료 개발책임자인 키스 시몬스 씨는 “이 방법은 목적에 따른 프로판 생산의 길을 열어주는 흥미로운 개발이며, 프로판 연료를 이용하는 전세계 사용자들을 위한 것”이라고 평가했습니다.