캐나다 연구진이 온실가스인 이산화탄소를 플라스틱으로 변형시킬 수 있는 촉매를 개발했다고 보고했다. 이번 연구로 대기의 이산화탄소의 양을 줄이면서 제품 생산을 위한 화석 연료 사용도 줄일 수 있을 것이라고 연구진은 주장했다. 관련 연구는 Nature Catalysis에 게재되었다(DOI: 10.1038/s41929-017-0018-9)

연구진은 이번 연구를 통해 온실 가스인 이산화탄소를 가장 효과적으로 에틸렌(ethylene)으로 변환시킬 수 있는 조건을 찾게 되었다고 주장했다. 에틸렌은 폴리에틸렌을 만드는데 사용된다. 폴리에틸렌은 오늘날 가장 일반적으로 사용하는 플라스틱으로 연간 8천만톤이 생산되고 있다.

이번 연구의 핵심은 이산화탄소를 줄여주는 반응이다. 즉 전류와 촉매를 이용한 화학 반응으로, 이산화탄소를 다른 유용한 화학물질로 변형시키는 것이다. 이런 유형의 반응에서는 여러 가지 금속들이 사용된다. 예를 들면 금, 은, 아연을 촉매로 사용하면 일산화탄소가 만들어지고, 주석과 팔라듐 촉매를 사용하면 포메이트(formate)가 만들어진다. 그리고 구리 촉매를 사용하면 플라스틱의 핵심 요소인 에틸렌이 만들어진다는 것이 연구진의 설명이다.

연구진에 따른 구리는 매직 금속이다. 구리 촉매를 사용하면 메탄, 에틸렌, 에탄올과 같은 여러 종류의 다른 화학물질이 만들어질 수 있기 때문이다. 그런데 문제점은 어떤 물질을 만들지 조절하기가 어렵다는 점이다. 따라서 연구진은 에틸렌 생산은 최대화하면서 메탄은 거의 만들어지지 않는 이상적인 조건을 찾아내고, 관련 촉매를 디자인하고자 노력했다고 밝혔다.

연구진은 이번 기술이 쓸모없는 것을 가치 있는 것으로 만드는 것으로, 미래의 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 새롭고 지속가능한 방법이라고 주장했다.

이번 연구가 가능했던 것은 이산화탄소 저감 반응에서 연구진이 개발된 구리 촉매의 형태, 모양 및 화학적 환경이 어떻게 되는지를 실시간으로 조사할 수 있는 독특한 기기의 개발 덕분이라고 말했다. 캐나다 연구진에 의해 개발된 이 기기는 공정이 어떻게 진행되고 반응을 향상시키기 위해 어떻게 설계해야 되는지에 대한 실시간으로 조사할 수 있다. 이를 이용해 연구진은 반응이 일어나는 중에 에틸렌 생산을 최대화 할 수 있는 정확한 조건을 확인할 수 있었고, 또한 이런 조건을 충족시킬 수 있는 촉매 제작도 가능했다고 설명했다.