[월간수소경제 편집부] 금속 나노입자가 빠르고 효율적인 CO2 변환을 위한 촉매 역할을 할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

지난 29일 PHYS.ORG에 따르면 산소와 수소는 풍력이나 태양광으로부터 생산된 전력을 가스연료로 전환하기 위한 중요 요소로서의 잠재성을 가지고 있다. 이러한 ‘Power-to-gas’의 개념은 더 유연한 지속가능 에너지 활용과 더불어 CO2 배출량 감소라는 두 가지 문제를 한번에 해결할 수 있다.

하지만 수익성 있는 CO2 변환은 매우 효율적인 촉매가 있어야 가능하다.

네덜란드 위트레흐트 대학(Utrecht University)의 연구진은 CO2 변환과정을 자세히 연구해 니켈 나노입자 촉매의 완벽한 크기를 결정하는 방법을 발견했다. 이같은 연구결과는 지난 29일자 네이쳐 촉매(Nature Catalysis)지에 게재됐다.

이번 연구논문의 주저자인 샬롯 보그트(Charlotte Vogt)는 “우리가 금속 나노입자를 더 작게 만들 수록 입자들은 전형적인 물리학 및 화학으로부터 알고 있고 또 기대하던 것과는 매우 다른 특성을 보이기 시작했다”고 말했다.

연구진은 니켈 입자들이 사람의 머리카락 하나의 두께보다 약 4만배 더 작은 2.5나노미터 크기에서 최적의 촉매 활동을 보인다는 것을 확인했다. 이 작은 니켈 입자들의 특정 구조가 CO2의 활성화를 이끌어내는 것도 발견했다.

연구진은 이러한 니켈 나노입자들이 이산화탄소를 변환하는 동안 어떻게 작동하는지 알아내기 위해 실제로 작용하는 촉매를 연구했다.

연구진은 스위스 라이트 소스(Swiss Light Source)에 있는 과학자들과의 협력을 통해 촉매를 연구하기 위한 초고속 측정장비를 개발했다. 이는 연구진이 CO2 변환과정의 배후 메커니즘을 자세히 풀어낼 수 있도록 해줬다. 이를 통해 포름산염 및 흡착된 일산화탄소가 반응 매개체로써의 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

이번 연구는 BASF, 위트레흐트 대학, 미국의 르하이 대학(Lehigh University), 스위스의 폴 쉬어러 연구소(Paul Scherrer Institute)와의 긴밀한 협력으로 이뤄졌다.

위트레흐트 대학 무기화학 및 촉매학부의 버트 웨크후이슨(Bert Weckhuysen) 교수는 “이번 연구협력은 고체 촉매가 어떻게 작동하는지를 더 잘 이해할 수 있도록 해줬다”라며 “CO2 촉매로서의 금속 나노입자의 진정한 가능성을 열어줄 것”이라고 말했다.