중국 연구진이 화성 대기의 이산화탄소를 액체 연료인 메탄올로 전환할 수 있는 촉매 기술을 개발했다.
실험에서 기존 구리 촉매보다 메탄올 생산량을 11배 높여 향후 화성 현지 자원을 활용한 연료 생산 가능성을 제시했다.
28일(현지시간) 중국 학술지 심우주탐측학보 홈페이지에 따르면 중국 국가항천국(CNSA)과 안후이성, 중국과학기술대학이 공동 설립한 심우주탐측실험실 연구진은 최근 ‘화성 현지에서 대기 중의 이산화탄소를 연료(메탄올)로 전환’이라는 제목의 논문을 공개했다.
연구진은 스펀지처럼 내부에 작은 공간이 많은 결정 구조를 지지체로 활용하고, 구리와 나트륨을 결합한 촉매를 개발했다. 이 촉매는 이산화탄소와 수소가 반응해 메탄올을 생성하는 과정을 촉진한다. 수소는 화성에 존재하는 얼음에서 확보하는 방안을 고려할 수 있다.
실험에서 새 촉매의 메탄올 생산량은 구리만 사용한 촉매보다 11배 많았다. 불필요한 부산물 생성도 줄었다. 촉매에 나트륨을 결합하면 이산화탄소가 촉매 표면에 더 잘 흡착되고 구리 주변에 머물면서 반응이 촉진되는 것으로 분석됐다. 나트륨은 칼륨이나 세슘을 적용했을 때보다도 효과가 좋았다.
촉매 1㎏은 실험에서 시간당 메탄올 245ｇ을 생산했으며, 12시간 동안 성능을 안정적으로 유지했다. 다만 이는 실험실 조건에서 확인한 결과로, 화성 현지에서 같은 생산 성능을 구현할 수 있는지는 추가 검증이 필요하다.
연구진은 이번 연구가 화성 대기의 이산화탄소를 활용해 메탄올을 생산하는 기술의 실현 가능성을 보여준다고 설명했다. 다만 실제 적용을 위해서는 희박한 화성 대기를 채집하고 압축하는 방법 등 추가 연구가 필요하다고 덧붙였다.
메탄올은 상온에서 액체 상태로 보관할 수 있는 연료다. 전력 생산과 난방, 무인 탐사차(로버) 구동 등에 활용할 수 있으며, 건축자재와 부동액 등 다양한 화학물질을 만드는 원료로도 쓰인다.
화성 현지에서 연료와 화학물질을 생산할 수 있다면 지구에서 운반해야 하는 보급품을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 화성의 대기와 얼음, 광물 등 현지 자원을 활용하는 기술은 장기 탐사와 향후 유인 탐사를 위한 핵심 과제로 꼽힌다.
홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 이번 연구를 소개하며 미국 항공우주국(NASA)과 스페이스X가 화성 대기의 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 방안을 주로 검토해 왔다고 전했다. 메탄은 극저온에서 액체 상태로 보관해야 하지만, 메탄올은 상온에서 액체 상태를 유지해 저장과 취급이 상대적으로 수월하고 활용 범위도 넓다는 설명이다.
중국은 2021년 화성 탐사선 톈원 1호를 통해 착륙선과 로버를 화성에 안착시켰다. 2028년께 발사할 예정인 톈원 3호는 2031년께까지 화성에서 채취한 샘플 500ｇ 이상을 지구로 가져오는 것을 목표로 하고 있다.
이번 연구는 화성 대기의 이산화탄소를 활용해 현지에서 필요한 연료를 생산하는 기술의 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 있다.
다만 실험실에서 확인한 촉매 성능을 실제 화성 환경에서 구현하려면 대기 확보와 수소 생산, 장기간 운전 등 해결해야 할 기술적 과제가 남아 있다.