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8일(현지시간) 현지 언론에 따르면, 샤르마 교수는 산업폐수에서 흡착된 CO₂를 CaCO₃로 변환해 건축재료, 세라믹 타일, 분필, 건강보조식품 등의 제조에 재활용하는 길이 열릴 것으로 기대했다.
산업 활동으로 CO₂배출량이 급증하는 가운데, CO₂는 보통 대기 중에 방출되고 있다. 산업체들은 물리적 및 화학적 흡수법을 사용해 산업 배출물로부터 CO₂를 회수하고 있다. 그러나 이러한 방법으로는 CO₂를 회수해 저장하는 것밖에 할 수 없기 때문에 CO₂는 항구적인 저장 장소로 수송해야 하는 등 추가 에너지를 소비하게 된다.
이 새로운 연구는 다공질 액체에 촉매를 섞어 CO₂를 CaCO3로 변환하고 CaCO₃를 다공질 액체에서 제거하여 재이용할 수 있도록 하는 것에 있다. 꿀과 같은 점도를 가진 이 다공질 액체는 제조가 간단하고 여타 공업 프로세스와 통합이 용이하며 공업용 사용 온도에서도 안정성이 높다.
항구적 공간을 가진 액체는 2007년에 구상됐고, 최초의 다공질 액체는 2015년에 제조됐다. 이후 과학자들은 다양한 접근법을 통해 가스를 효율적으로 흡수할 수 있는 다공질 액체를 제조해 액체에 용해돼도 멀쩡한 분자 케이지를 갖춘 커다란 유기분자를 사용했다.
다만 기존에는 다공질 액체를 만들기 위해서는 번거로운 유기화학 반응과 여러 단계가 포함돼 있었다.
샤르마 교수팀은 2019년 실리카 나노로드와 폴리머(습윤제)를 단순 조합하여 만든 다공질 액체가 실온에서 CO₂를 포착할 수 있음을 발견하고 많은 에너지를 소비하지 않고도 포획된 CO₂를 유용한 화학물질로 변환할 수 있게 했다.
현재의 연구에서는, 다공질 액체와 바이오 컨주게이트 탄산 탈수효소(bCA)라고 불리는 효소를 조합해 거기에 염화칼슘을 더하여 액체 복합체를 만들어 낸다.
이 효소는 공중의 실리카 나노로드에 흡착된 CO₂와 반응해 중탄산 이온으로 변한다. 많은 효소는 활성화되기 위해 물을 필요로 하지만 bCA는 다공질 액체가 제공하는 폴리머 환경에서 매우 잘 작동한다.
다른 일련의 실험에서는 폴리머 계면활성제의 액체 성질에 따라 이온이 확산돼 반응하는 것을 관찰했다. 이는 고체에서는 일어날 수 없는 과정으로 CO₂가 CaCO₃로 변환되면 액체는 산성에서 중성으로 변한다.
산성도가 저하됨에 따라 색이 변화하는 염료는 변환 완료를 시각적으로 나타낼 수 있기 때문에 화학적 시험이나 현미경 관찰이 필요 없어져 반응 완료 여부를 간단히 체크하는 메커니즘의 제공이 가능해진다.
샤르마 교수에 따르면 나노로드의 세포구멍은 기체 분자보다 크기 때문에 제안된 다공질 액체는 모든 기체에 사용 가능하다. 또, 적절한 촉매와 적절한 반응물을 선택하는 것으로, 여러 가지 가스를 유용한 화학물질로 변환이 가능해진다.
또, 다공질 액체는, 같은 양의 시판되는 메소폴러스 실리카(고체)에 비교하여, CO₂의 5분의 1을 흡수할 수 있다. 그러나 다공질 액체는 유동성이 있어 신속하게 보충할 수 있는 등 이점이 있다.
다만 현재 다공질 액체의 원가가 높고 효소도 고가이기 때문에 더 저렴한 제조방법과 저렴한 대체품을 찾기 위한 연구가 진행 중이다.
김진영 글로벌이코노믹 기자
