액체 금속을 활용한 이산화탄소 제거 

액체 상태의 갤리엄-인듐 합금을 촉매로 사용해 이산화탄소를 탄소와 산소로 분리

합금 촉매 재사용이 가능하며 비교적 저온에서 공정이 가능해 경제적인 측면에서 월등

[위즈덤 아고라 / 김현동 기자] 우리 인간 사회는 빠른 발전과 성장을 하고 있지만 그 과정 속에서 자연에 대한 지속 가능한 발전에는 소홀히 해 기후 변화가 심화되고 있다. 이에 따라 기후 변화의 주요 요인인 이산화탄소 배출을 감소하려는 노력이 필요하다. 최근 호주 로열 멜버른 공과대학교 (RMIT) 연구팀은 이산화탄소를 포집해서 즉시 고체 탄소로 변환시키는 ‘탄소포집저장(CCS) 기술’을 개발했다. 

2022년 1월 17일, 국제 과학 학술지인 Energy & Environmental Science에 논문은 액체금속을 촉매로 사용해 탄소와 산소를 쉽게 분리했다는 내용을 담았다. 

원소주기율표 13족에 존재하는 원자번호가 31번인 갈륨은 상온에서 칼로 쉽게 자를 수 있는 무른 금속으로 섭씨 29.8도 이상이 되면 액체로 변하는 성질을 갖고 있다. 갈륨과 같은 13족에 속한 인듐 역시 갈륨과 비슷한 화학적 성질이 띄며 녹는점이 섭씨 156.6도로 이 역시 저온에서 액체가 된다. 멜버른 연구진은 화학적 성질이 비슷한 두 금속을 혼합하여 갈륨-인듐 합금을 만들어 액체 금속의 성질이 띄게끔 했다. 

CCS 기술은 ‘기포탑 (Bubble column)’ 방법을 사용했다. 기포탑은 약 섭씨 100도에서 120도 사이로 가열된 액체금속에 이산화탄소를 주입하는 방식이다. 이때 이산화탄소는 기포 상태가 되면서 고체 탄소로 쪼개지며 연구진은 합금이 직접적으로 탄소랑 산소를 분리시키는 촉매작용을 한다는 것을 발견했다. 이어서 연구진은 산소와 결합된 갈륨을 서로 분리가 되게끔 하자 다시 갈륨-인듐 합금만 남게 되는 모습을 관찰하게 되었으며 합금이 이산화탄소를 분리하는 촉매로 또다시 사용할 수 있다는 것을 알게 되었다. 모든 반응이 1초도 안되어서 끝나 기술 상용화가 충분히 될 수 있다는 전망이다.

연구진은 섭씨 200도에서 400도 사이의 고온 상태에서 같은 실험을 진행했는데 그 결과 반응 효과가 더 높게 나왔다. 연구진은 공장에서 발생되는 폐열로 섭씨 300도 이상의 환경을 만들 수 있다고 예상했다. 

멜버른 연구진은 이러한 연구를 통해 일상생활에서 어떻게 적용할지 고민해봤고 공장 굴뚝에 갈륨-인듐 합금이 가득한 시험관을 설치해 분출되는 연기를 탄소와 산소로 나누고 산소는 따로 ‘녹색 굴뚝’으로 나가게끔 하고 탄소는 시험관 위에 떠오르게 한다. 

이산화탄소 제거 이후 다음 단계는 시험관 위로 분리되는 탄소를 효과적으로 수집하는 방법과 수집한 탄소를 활용하는 방법을 찾는 것이다. 탄소는 흑연, 풀러렌 등으로 변환이 가능되며 건전지의 전극, 연필심, 다이아몬드 제조 등 다양한 산업에서 활용될 수 있다.