한전공대, 실용적인 CO₂ 포집·전환 기술 개발

저농도 CO₂ 환경서 전극 1개로 포집·전환

주저자 단체 사진. [켄텍]

한국에너지공과대학교(KENTECH)가 희석된 이산화탄소(CO₂) 환경에서도 포집과 전환을 하나의 전극에서 동시에 수행할 수 있는 전기화학 전극 시스템을 개발했다. 산업 배출가스처럼 낮은 농도의 이산화탄소 조건에서도 별도 분리 공정 없이 전환이 가능하다는 점에서 탄소 저감 기술의 실용성을 높인 성과로 평가된다.

이번 연구는 켄텍 에너지공학부 최원용·오명환 교수 연구진이 수행했다. 연구진은 이산화탄소를 선택적으로 포집하는 다공성 탄소층과, 이를 개미산(formic acid)으로 전환하는 주석 산화물(SnO₂) 촉매층, 기체 확산과 전자 전달을 담당하는 탄소 종이층을 하나의 전극 구조로 통합했다. 개미산은 액체 형태로 저장과 활용이 쉬운 물질이다.

실험 결과, 해당 전극은 이산화탄소 15%가 포함된 모사 배기가스뿐 아니라 약 400ppm 수준의 매우 낮은 농도에서도 안정적으로 개미산을 생성한 것으로 확인됐다. 이는 실제 산업 현장과 대기 조건에 가까운 환경에서도 적용 가능함을 보여준다.

연구진은 분자동역학 시뮬레이션을 통해 전극 내부에서 이산화탄소의 이동과 흡착 거동도 분석했다. 이번 연구는 한국연구재단 지원을 받아 수행됐으며, 국제학술지 ACS Energy Letters에 게재됐다. 미국화학회(ACS)도 주목할 만한 성과로 선정해 공식 보도자료로 소개했다.

연구진은 해당 기술이 대규모 플랜트는 물론 소규모 산업시설과 분산형 배출원에도 활용 가능한 탄소 저감 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 최원용 교수는 “이번 연구는 탄소 포집과 전환이 반드시 분리된 공정일 필요는 없다는 점을 보여준다”며 “실제 배기가스 환경에서도 작동 가능한 단순한 이산화탄소 활용 경로를 제시했다”고 설명했다.