KIST, 저농도 CO2→CO 전환기술 개발.."탄소저감 핵심 연구"

/사진제공=KIST

공장 배기가스의 저농도 이산화탄소(CO2)를 모아 산업현장의 주요 원료인 일산화탄소(CO)로 만드는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지 연구센터 원다혜·이웅 박사팀과 황윤정 서울대 교수 연구팀이 공장 배기가스 수준의 저농도 이산화탄소를 반응물로 사용해 높은 반응효율로 일산화탄소를 생산할 수 있도록 하는 촉매 및 공정 기술을 개발했다고 밝혔다.

이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 기술은 탄소 저감의 핵심 연구다. 다만 이산화탄소는 화학적으로 안정적인 물질라 다른 물질로의 전환이 어렵고, 이에 따라 고순도의 이산화탄소를 공급해 반응 속도와 효율을 높이는 게 관건이다. 하지만 산업 현장에서 나오는 배기가스는 질소·산소·질소산화물 등과 함께 이산화탄소가 10% 가량 포함돼 있으며, 이런 저농도 배기가스로는 충분한 효율을 확보하기 어렵다.

또 이산화탄소를 전기화학적 방법으로 일산화탄소로 전환하는 과정에선 주로 일산화탄소 생성효율이 높은 은(Ag) 촉매가 주로 사용되는데, 저농도(10%) 이산화탄소를 사용하면 일산화탄소 생성량은 40%에 그치며 나머지 60%는 수소가 생성된다.

이에 KIST 연구진은 수소 발생을 줄여 일산화탄소 발생효율을 높일 수 있도록 니켈 단원자 촉매를 개발했다. 그간 철과 니켈 등 일반 금속은 귀금속 대비 반응성이 좋지 않아 이산화탄소 전환 촉매로 만들 수 없었지만, 연구진은 단일 원자 형태로 만들면 효율이 높아진다는 최근 연구결과에 착안해 새로운 촉매를 개발했다. 또 이산화탄소를 물에 녹인 후 반응시키던 기존 방식과 달리 기체 상태 그대로 전환 반응을 일으킬 수 있도록 최적의 구동 기술까지 개발했다.

이렇게 개발된 니켈 단원자 촉매는 배기가스 수준의 저농도(10%) 이산화탄소로도 결과물의 93%를 일산화탄소로 생성할 수 있었다. 더욱이 귀금속이 아닌 니켈 및 탄소 등 저가 재료로 촉매를 제작해 경제성도 확보했다.

KIST 원다혜 박사는 "이번에 개발한 촉매 및 구동 기술은 저농도 이산화탄소를 활용하는 다양한 전기화학적 전환 시스템에 응용될 수 있다"며 "전기화학적 이산화탄소 전환 기술의 경제성을 확보하기 위해 배기가스를 별도의 정제과정 없이 직접 활용하기 위한 다양한 기술도 함께 개발 중이다."라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIST 주요사업 및 유용물질 생산을 위한 'Carbon to X 기술개발사업'을 통해 수행됐다. 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 'ACS Energy Letters' 최신 호에 게재됐다.

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변휘 기자 hynews@mt.co.kr

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