페로브스카이트 태양전지로 '이산화탄소' 잡는다

- KAIST, 페로브스카이트 이산화탄소 열화학적 환원반응 기작 규명

이번 연구성과가 게재된 국제학술지 'ACS 카탈리시스' 9월호 표지.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내연구진이 탄소중립 시대 구현을 위해 이산화탄소 포집 활용기술 상용화를 앞당길 연구성과를 발표했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이재우 교수 연구팀이 차세대 태양전지 물질인 페로브스카이트 상에서 발생하는 이산화탄소의 열화학적 환원반응의 기작을 규명하고, 반응을 최적화하기 위한 요인을 다변화하는 데에 성공했다고 13일 밝혔다.

연구팀은 이산화탄소의 환원반응 성능을 예측하기 위해, 기존에 주로 활용돼왔던 산소 공공 형성 에너지 계산 외에도 수소 흡착에너지, 이온 전도도 및 이산화탄소의 흡착상태를 분석해 성능 예측의 정확도를 더욱 높일 수 있다는 것을 확인했다. 다변화에 성공한 요인을 통해, 탄소중립 실현을 개발될 다분야의 이산화탄소 전환 및 환원 촉매의 성능을 더욱 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

페로브스카이트는 고온에서, 그리고 지속적인 산화환원을 거치면서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 산화탄소 환원반응 및 물 분해반응에 활용될 수 있는 물질로 주목받고 있다. 하지만 기존에는 다양한 조성의 페로브스카이트 상에서 이산화탄소 환원반응의 성능을 예측하는 요인으로 산소공공 형성 에너지만을 활용했기 때문에 그 정확도가 다소 떨어진다는 단점이 있었다.

연구팀은 란타넘-니켈-철산화물 더블 페로브스카이트를 합성하고 란타넘-니켈산화물과 란타넘-철산화물과의 비교 분석을 실시했다. 페로브스카이트 내 니켈 구역은 산소 공공의 형성뿐만이 아닌 수소 흡착과 이온 전도도를 향상하는 것을 통해 입자의 환원을, 철 구역은 이산화탄소의 강한 흡착을 방지해 이산화탄소의 해리 반응을 촉진하는 것을 확인했다. 이에 란타넘-니켈-철산화물 더블 페로브스카이트에서는 각 구역의 역할이 시너지로 발현돼 각각의 단일 페로브스카이트 대비 월등한 이산화탄소 전환을 보이는 것을 확인해 일련의 요인들이 모두 성능을 예측하는 데 활용될 수 있다는 것을 연구팀은 확인했다.

이재우 교수는 “페로브스카이트는 대량생산이 가능해 스크리닝 과정을 거쳐 최적화한 조성으로 페로브스카이트를 생산할 시, 이산화탄소를 전환해 활용하는 탄소 포집 및 활용저장 기술(CCUS)의 조기 실현에 기여할 것”이라고 설명했다.

KAIST 임현석 박사와 김이겸 박사과정이 공동 제1 저자로 참여하고 영남대학교 화학공학부 강도형 교수 연구팀과의 협업을 통해 이루어진 이번 연구결과는 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스’ 9월 17일자 온라인판에 게재됐으며, 연구의 파급력을 인정받아 표지논문으로도 선정됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com