온실가스 주범 ‘메탄가스’를 ‘메탄올’로 바꾼다

백무현 기초과학연 부단장 촉매 발견… 환경오염-연료 문제 동시 해결 기대

온실가스의 주범인 메탄가스를 자동차 연료용 물질인 메탄올로 쉽게 바꿀 수 있는 기술이 개발됐다. 백무현 기초과학연구원(IBS) 분자활성촉매반응연구단 부단장(KAIST 화학과 교수·사진)은 지금까지 기술적으로 불가능한 것으로 여겨졌던 메탄가스에서 촉매 반응을 일으키는 데 처음으로 성공해 그 결과를 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 25일자에 발표했다.

메탄가스는 ‘두 얼굴의 가스’로 불린다. 메탄가스는 주로 유기체의 물질대사 과정에서 생성돼 화성 탐사에서는 생명체의 흔적을 찾는 단서로 간주된다. 하지만 지구에서는 이산화탄소와 마찬가지로 지구를 덮어 지구온난화를 일으키는 온실가스 역할을 한다. 소가 되새김질하는 과정에서 장내 박테리아가 음식물을 분해하고 이때 메탄가스를 만들어 트림이나 방귀로 배출한다. 통상 한우 한 마리가 1년간 배출하는 메탄가스는 47kg으로 한우 4.2마리가 자동차 1대와 맞먹는 온실가스를 배출한다.

메탄가스 배출량은 매년 증가하는 추세를 보인다. 하지만 메탄가스 처리 기술은 오랫동안 제자리걸음이다. 메탄가스(CH₄)를 이루는 탄소(C)와 수소(H) 사이의 결합이 매우 강력해 고압을 가하지 않고는 이를 끊어 내기가 쉽지 않다. 대개 메탄가스를 연소시켜 처리하고 있지만 이 과정에서 일산화탄소나 이산화탄소가 발생해 진정한 의미의 처리 기술로 보기 어렵다.

백 부단장은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 메탄가스의 화학반응을 추적하는 과정에서 탄소와 수소의 강력한 결합을 끊을 수 있는 촉매를 발견했다. 이리듐이 포함된 붕소화 촉매를 사용하면 탄소와 수소의 결합이 약해지고 여기에 산소를 추가하면 메탄올(CH3OH)로 바뀌었다.

대니얼 민디올라 미국 펜실베이니아대 화학부 교수팀은 백 부단장의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 토대로 실제 화학실험을 진행한 결과, 촉매를 이용해 메탄가스를 메탄올로 쉽게 변환할 수 있다는 사실을 확인했다.

백 부단장은 “컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 화학반응을 예측한 덕분에 화학실험에 들어가는 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있었다”며 “이리듐이 희귀원소인 만큼 향후 이리듐을 대체할 값싼 유기촉매를 개발할 계획”이라고 말했다.

권예슬 동아사이언스 기자 yskwon@donga.com