영리한 촉매로 CO2를 식초로 전환

연구자들은 이산화탄소를 매우 유용한 산업용 화학물질 및 식품 첨가물인 아세트산으로 전환시킬 수 있는 촉매를 만들었습니다.

Nature Communications에 연구 결과를 발표한 호주, 미국, 일본 연구자들은 자신들의 방법이 이산화탄소 배출을 유용한 물질로 바꾸는 확장 가능한 방법을 제시한다고 말했습니다.

의약품, 비닐, 직물, 화장품 등 다양한 제품을 제조하기 위해 전 세계적으로 매년 약 650만 톤의 아세트산에 대한 수요가 있습니다.

식초의 주성분이기도 하며, 식품 방부제로도 자주 사용됩니다.

식품 산업에서 아세트산은 대부분 발효를 통해 만들어지지만, 다른 산업에서는 화석 연료로 만들어져 그 과정에서 온실가스를 배출합니다. 생산에는 일반적으로 코발트, 이리듐, 로듐과 같은 값비싼 귀금속이 필요합니다.

이제 이 팀은 (저렴한) 철을 촉매로 사용하여 이산화탄소와 수소로부터 아세트산을 만드는 방법을 알아냈습니다.

철 촉매는 또한 전체 반응 동안 고체로 유지됩니다. 즉, 아세트산이 생성되면 이를 정제하기 위해 공정에 추가 장비와 에너지가 필요하지 않습니다.

"이론적으로 우리는 철이 이 반응을 촉매하는 좋은 후보라는 것을 알고 있었지만 산성 수질에서 철을 안정적으로 유지하는 것이 과제"라고 Monash University의 화학 엔지니어인 Akshat Tanksale 부교수는 말했습니다.

아세트산을 만들면 당연히 물에 용해되는 산이 생성됩니다.

"일반적으로 알려진 바와 같이 철은 물 속에서 녹슬고 산화됩니다. 반면 우리는 철이 적어도 부분적으로 금속 형태로 남아 있기를 원했습니다"라고 Tanksale은 말합니다.

연구진의 해결책은 금속-유기 골격(MOF)을 사용하는 것이었습니다. MOF는 금속 원자(이 경우 철)로 만들어지고 탄소 기반 다리와 연결되어 분자 크기의 구멍이 있는 일종의 스펀지를 형성하는 물질입니다.

받은 편지함으로 바로 전달되는 과학 이야기의 업데이트를 받아보세요.

그런 다음 MOF를 가열하여 일부 철 원자가 서로 융합되어 다공성 탄소층에 내장된 수 나노미터 크기의 입자를 형성했습니다.

생성된 촉매는 CO2와 수소(H2)에서 아세트산(CH3COOH)을 매우 효율적으로 만들 수 있습니다.

Tanksale은 그의 팀이 약간의 시행착오를 거쳐 이 촉매제를 개발하는 데 1년 이상이 걸렸다고 말합니다.

"우리는 2020년 코로나19 팬데믹이 시작되면서 이 프로젝트 작업을 시작했습니다. 그래서 우리 연구원과 학생들은 매일 연구실에 들어갈 수 없었고 교대 근무로 혼자 일해야 했습니다."라고 그는 말합니다.

"이 촉매제가 분자 수준에서 어떻게 작동하는지에 대한 확실한 증거를 제공하는 동시에 멜버른에서 여러 차례의 폐쇄 기간을 처리해야 하는 데 18개월이 더 걸렸습니다."

촉매는 현재 사용되는 것보다 가격이 저렴해 연구진은 상용화를 위해 노력하고 있다.

병목 현상은 촉매 자체가 아니라 공급원료인 CO2와 수소에 있다고 Tanksale은 말합니다.

"오늘날 쉽게 구할 수 있지만 친환경 자원에서 파생된 경우 비용이 훨씬 더 높습니다."라고 그는 말합니다.

"우리 기술의 진정한 이점을 얻으려면, 즉 마이너스 탄소 배출을 달성하려면 공기에서 이산화탄소를 포집해야 하며, 재생 에너지(녹색 수소)를 사용하여 물에서 수소를 만들어야 합니다.

"이러한 구현 기술은 아직 완전한 상업적 잠재력에 도달하지 못했습니다."

원래 Cosmos가 대기에서 이산화탄소를 가져와 식초로 바꾸는 내용으로 출판했습니다.

Ellen Phiddian은 Cosmos의 과학 저널리스트입니다. 그녀는 호주 국립대학교에서 화학 및 과학 커뮤니케이션 학사 학위와 과학 커뮤니케이션 석사 학위를 취득했습니다.

사실을 설명하고 증거 기반 지식을 소중히 여기며 최신 과학, 기술 및 엔지니어링 혁신을 선보이는 데 이보다 더 중요한 시간은 없었습니다. 코스모스(Cosmos)는 사람들과 과학의 세계를 연결하는 데 전념하는 자선단체인 호주왕립연구소(The Royal Institution of Australia)에서 출판합니다. 크든 작든 재정적 기여는 세계가 가장 필요로 하는 시기에 신뢰할 수 있는 과학 정보에 대한 접근을 제공하는 데 도움이 됩니다. 오늘 기부하거나 구독권을 구매하여 우리를 지원해 주세요.