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기후 변화는 전 세계적인 우선순위가 요구되는 심각한 문제입니다. 전 세계 국가들은 지구 온난화와 기후 변화의 영향을 줄이기 위한 정책을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 유럽 연합은 2050년까지 기후 중립을 달성하기 위한 포괄적인 지침을 제시하고 있습니다. 마찬가지로, 유럽 그린딜은 온실가스 배출량 감축을 최우선 과제로 삼고 있습니다.
배출되는 이산화탄소(CO2)를 포집하여 화학적으로 유용한 상업용 제품으로 전환하는 것은 지구 온난화를 제한하고 그 영향을 완화하는 한 가지 방법입니다. 과학자들은 현재 저비용으로 이산화탄소 저장 및 처리를 확대할 수 있는 유망한 방법으로 탄소 포집 및 활용(CCU) 기술을 연구하고 있습니다.
하지만 전 세계 CCU 연구는 현재 약 20가지 전환 화합물에만 국한되어 있습니다. 이산화탄소 배출원의 다양성을 고려할 때, 더 광범위한 화합물을 활용하는 것이 중요하며, 이를 위해서는 저농도의 이산화탄소까지 전환할 수 있는 공정에 대한 심층적인 연구가 필요합니다.
한국 중앙대학교 연구팀은 폐기물이나 풍부한 천연자원을 원료로 사용하는 CCU(탄소 포집 및 활용) 공정의 경제적 실현 가능성을 연구하고 있습니다.
윤성호 교수와 이철진 부교수가 이끄는 연구팀은 최근 산업용 이산화탄소와 칼슘 및 마그네슘이 풍부한 흔한 퇴적암인 백운석을 이용하여 상업적으로 잠재력이 있는 두 가지 제품인 포름산칼슘과 산화마그네슘을 생산하는 연구 결과를 발표했습니다.
"기후 변화의 영향을 완화하는 데 도움이 되면서 경제적 이익도 창출할 수 있는 유용한 제품을 만들기 위해 이산화탄소를 활용하는 데 대한 관심이 점점 커지고 있습니다. 이산화탄소 수소화 반응과 양이온 교환 반응을 결합하여 금속 산화물을 동시에 정제하고 유용한 포름산염을 생산하는 방법을 개발했습니다."라고 윤 교수는 말했습니다.
이번 연구에서 과학자들은 촉매(Ru/bpyTN-30-CTF)를 사용하여 이산화탄소에 수소를 첨가함으로써 두 가지 고부가가치 제품인 포름산칼슘과 산화마그네슘을 얻었습니다. 포름산칼슘은 시멘트 첨가제, 제빙제, 동물 사료 첨가제로 사용되며 가죽 무두질에도 사용됩니다.
반면, 산화마그네슘은 건설 및 제약 산업에서 널리 사용됩니다. 이 공정은 실현 가능할 뿐만 아니라 매우 빠르며, 상온에서 단 5분 만에 제품을 생산할 수 있습니다. 또한 연구원들은 이 공정이 기존의 포름산칼슘 생산 방식에 비해 지구 온난화 잠재력을 20%까지 줄일 수 있을 것으로 추정합니다.
연구팀은 환경 영향과 경제적 타당성을 연구하여 자신들의 방법이 기존 생산 방식을 대체할 수 있는지 여부도 평가하고 있습니다. 윤 교수는 "연구 결과에 따르면, 우리 방법은 기존 방식을 대체하고 산업 부문의 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 친환경적인 이산화탄소 전환 대안이라고 할 수 있습니다."라고 설명했습니다.
이산화탄소를 유용한 제품으로 전환하는 것은 유망해 보이지만, 이러한 공정을 대규모로 적용하는 것은 항상 쉬운 일이 아닙니다. 대부분의 CCU(탄소 포집 및 활용) 기술은 기존 상업 공정에 비해 경제적 타당성이 낮아 아직 상용화되지 못했습니다. 이 박사는 "CCU 공정을 폐기물 재활용과 결합하여 환경적으로나 경제적으로 실현 가능하게 만들어야 합니다. 이는 미래의 탄소 중립 목표 달성에 도움이 될 수 있을 것입니다."라고 결론지었습니다.
추가 정보: Hayoung Yoon 외, CO2를 이용하여 백운석 내 마그네슘 및 칼슘 이온 동역학을 유용한 부가가치 제품으로 전환, Journal of Chemical Engineering (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.143684
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