이산화탄소를 유용한 유기화합물로 전환시키는 새로운 방법

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-26

루이지애나 주립대(Louisiana State University)의 연구자들이 환경으로 방출되는 이산화탄소의 양을 줄이는 것을 목표로 관련 연구를 수행 중에 있다. 동 대학 화학과 교수이자 루이지애나 주립대의 학장인 Andrew Maverick이 이끄는 연구팀은 이산화탄소를 옥살레이트(oxalate)로 전환시키는 고리형 구리 복합체(cyclic copper complex)를 개발해 환경오염을 유발하는 물질을 보다 유용한 유기화합물로 전환시키는데 성공했다. 이산화탄소는 공기 중에 자연적으로 존재하며 지구의 대기, 대양, 지표 등의 정상적인 탄소 순환의 일부이다. 하지만, 인간의 다양한 활동들이 보다 많은 양의 이산화탄소를 만들어내어 대기로부터 온실가스를 자정하는 자연적인 메커니즘을 파괴하고 있다. 이에 대해 Maverick은 "이번에 우리가 발견한 화학적 원리는 이미 우리가 해 왔던 것에 비해 보다 흥미로운데, 그 이유는 모두가 이 이산화탄소 문제를 해결하기를 원하기 때문이다. 이것은 이 퍼즐을 풀기 위한 첫 단계"라고 말했다. Maverick과 그의 연구팀은 구리 복합체가 정상적인 조건에서 이산화탄소를 옥살레이트(oxalate)로 변환시키는 3단계 반응을 개발하는데 성공했다. 이 반응에서 구리 복합체는 먼저 아스코르브산나트륨(sodium ascorbate)이나 비타민 C와의 반응에 의해 환원된다. 다음으로 이 환원된 복합체는 선택적으로 공기 중의 이산화탄소와 반응해 두 개의 구리 원자 사이에 옥살레이트 이온 브릿지(ion briding)의 형태로 옥살레이트에 달라붙게 된다. Maverick과 루이지애나 주립대의 연구조교수인 Frank Fronczek 및 박사후과정생인 Uttam Pokharel이 이번 연구의 공동 저자이며 이들의 연구 결과는 저명한 과학저널인 Nature Communications지에 게재되었다. 이번 발견의 핵심 요소는 이산화탄소와 반응할 수 있는 화학물질을 개발하는데 있다. 연구팀은 이러한 결과를 얻기까지 50여 개의 서로 다른 화합물을 대상으로 실험을 진행했으며 그 중 하나가 이산화탄소와 반응한다는 사실을 알아낼 수 있었다. 이와 관련해 Maverick은 "이산화탄소는 단순히 어떤 화합물과 반응하지 않으려 한다. 심지어는 매우 활발한 분자들도 이산화탄소와는 잘 반응하지 않는다. 그렇기 때문에 약간의 저장된 에너지로 이산화탄소를 어떤 다른 것으로 변환시킬 수 있는 구리 복합체와 같은 것들을 찾는 일은 매우 중요하다. 우리가 찾아낸 화합물은 이산화탄소와 반응하는데 4~5일 가량의 시간이 소모된다. 이는 아직 상업화하기에는 너무 느리다"고 말했다. Maverick과 그의 동료 연구자들은 현재 이 과정의 속도를 증가시킬 수 있는 방법을 찾고 있다. 이산화탄소를 유용한 유기 화합물로 변환시키는 기술은 전지구적인 기후 변화와 밀접한 관계가 있으며 화석 연료의 고갈 문제와도 관련이 깊다. 연구자들은 또한 비타민 C 이외의 다른 화합물들이 이러한 변환을 유도할 수 있는지에 대해 지속적으로 연구 중에 있다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Reduction of carbon dioxide to oxalate by a binuclear copper complex." Nature Communications 5, Article number: 5883 DOI: 10.1038/ncomms6883]을 참고하기 바란다. 그림: 이산화탄소를 유기화합물로 전환시킬 수 있는 구리복합체 190-researchersd.jpg http://phys.org/news/2014-12-method-co2-valuable-compound.html