[2025 노벨상] 화학상…이산화탄소 포집, 사막에서 물 얻고

[아이뉴스24 정종오 기자] 노벨상의 수상 배경에는 늘 ‘인류에게 유용한 것인가’에 있다. 올해 노벨화학상도 이런 기본적 노벨상의 판단 근거에서 벗어나지 않았다.

올해 노벨화학상은 온실가스의 주범인 이산화탄소를 포집하고 사막에서 물을 얻을 수 있는 금속-유기 골격체((MOF, metal-organic frameworks)를 개발한 이들에게 돌아갔다.

노벨화학상 수상자들은 기체와 기타 화학 물질이 흐를 수 있는 넓은 공간을 가진 분자 구조를 개발했다. MOF는 사막 공기에서 물을 얻고, 이산화탄소를 포집하고, 독성 가스를 저장하거나 화학 반응을 촉진하는 등 여러 곳에 사용된다.

스스무 키타가와, 리처드 롭슨, 오마르 야기 등 올해 노벨화학상 수상자들은 새로운 형태의 분자 구조를 개발했다.

화학자들은 MOF에 사용되는 구성 요소를 변경해 특정 물질을 포집하고 저장하도록 설계할 수 있다. MOF는 여기서 머물지 않고 화학 반응을 유도하거나 전기를 전도할 수도 있다.

노벨위원회 측은 ”금속-유기 골격은 엄청난 잠재력을 가지고 있으며 새로운 기능을 가진 맞춤형 소재에 이전에는 예측하지 못했던 기회를 제공한다“며 이번 수상의 배경을 설명했다.

MOF의 시작은 1989년 리처드 롭슨이 원자의 고유한 특성을 새로운 방식으로 활용하는 실험을 진행하면서 시작됐다. 그는 양전하를 띤 구리 이온을 네 개의 팔을 가진 분자와 결합시켰다. 이 분자는 각각의 팔 끝에 구리 이온을 끌어당기는 화학기를 가지고 있었다.

이들이 결합하면서 질서 있고 넓은 결정이 만들어졌다. 이를 비유하자면 ‘무수한 구멍으로 가득 찬 다이아몬드’라고 표현할 수 있다.

롭슨은 자신의 분자 구조의 잠재력을 알아챘는데 문제는 불안정하고 쉽게 붕괴됐다는 점에서 뭔가 채워줄 게 필요했다. 스스무 키타가와, 오마르 야기는 이 구조 방식에 확고한 기반을 제공했다.

1992년부터 2003년까지 이어진 연구 성과는 완성품을 향해 나아가고 있었다. 키타가와는 기체가 구조물 안팎으로 흐를 수 있음을 보여주고 MOF를 유연하게 만들 수 있다고 예측했다.

야기는 매우 안정적 MOF를 개발했다. 합리적 설계를 통해 변형하는 등 MOF 발전에 이바지했다.

이들의 발견 이후 화학자들은 수만 가지의 다양한 MOF를 개발하기에 이르렀다. 이 중 일부는 인류가 직면한 가장 큰 과제 중 일부를 해결하는 데 이바지했다.

물에서 PFAS(환경 호르몬의 일종)를 분리할 수 있었다. 환경 속 미량의 의약품의 분해도 가능했다. 이산화탄소를 포집하거나 사막 공기에서 물을 얻는 등의 여러 분야에 응용할 수 있었다.

한편 스스무 박사는 1951년 생으로 1979년 교토대에서 박사학위를 받았고 현재 교토대 교수로 있다.

1937년 영국에서 태어난 롭슨 박사는 1962년 옥스퍼드대에서 박사학위를 취득하고 현재 호주 멜버른대 교수로 있다.

야기 박사는 1965년 요르단에서 태어났으며 일리노이대에서 1990년 박사학위를 따고 현재 캘리포니아대 버클리 캠퍼스 교수로 재직 중이다.