공장서 나오는 이산화탄소를 일산화탄소로 만든다

KIST-서울대 공동연구 촉매·공정 개발
저농도의 원료로도 결과물 93% 생성돼

인천 서구 아라타워 전망대에서 바라본 서인천복합화력발전소 굴뚝에 수증기가 뿜어져 나오고 있다. 뉴시스

[파이낸셜뉴스] 공장 굴뚝에서 나오는 저농도의 이산화탄소를 모아 산업 원료로 사용되는 일산화탄소를 만드는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 원다혜·이웅 박사팀과 서울대 황윤정 교수팀이 저농도 이산화탄소로 일산화탄소를 생산할 수 있는 촉매와 공정 기술을 개발했다고 10월 30일 밝혔다.

연구진은 기존에 사용됐던 은 대신 니켈과 탄소 등 저가의 재료를 이용해 촉매를 개발했다. 이 촉매를 이용한 결과, 배기가스 수준인 10% 내외의 저농도 이산화탄소로도 결과물의 93%를 일산화탄소로 만들어냈다.

원다혜 박사는 "이번에 개발한 촉매와 공정 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 중"이라고 말했다.

이산화탄소를 전기화학적 방법으로 일산화탄소로 전환하는 과정에서 일산화탄소 생성효율이 높은 은 촉매가 주로 사용되고 있다. 은 촉매를 사용해 고순도(99.99%) 이산화탄소를 전환하면 생성물의 95%가 일산화탄소로 만들어진다. 이때 저농도(10%) 이산화탄소를 사용한 경우에는 40%의 일산화탄소와 60%의 수소가 발생한다.

연구진은 수소 발생을 줄여 일산화탄소 발생효율을 높일 수 있도록 니켈 단원자 촉매를 개발했다. 그동안 철, 니켈 등 일반 금속은 귀금속보다는 반응성이 좋지 않아 이산화탄소 전환 촉매로 만들 수 없었다.

연구진은 단일 원자 형태로 만들면 효율이 높아진다는 최근 연구결과에 착안해 새로운 촉매를 개발했다. 또한, 이산화탄소를 물에 녹인 후 반응시키던 기존 방식과는 다르게 기체 상태 그대로 전환 반응을 일으킬 수 있도록 최적의 구동 기술까지 개발했다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)' 최신호에 게재됐다.

한편, 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 기술은 탄소를 줄이는 핵심기술중 하나다. 하지만, 이 기술은 고순도의 이산화탄소를 원료로 공급해야 한다.

이산화탄소는 화학적으로 굉장히 안정적인 물질이어서 다른 물질로의 전환이 어려워 고순도의 이산화탄소를 공급해 반응 속도와 효율을 높여야 하기 때문이다. 실제 산업현장에서 나오는 배기가스는 질소, 산소, 질소산화물 등과 함께 이산화탄소가 10%가량 포함되어 있는데, 지금까지는 이러한 저농도의 배기가스로는 충분한 효율을 확보할 수 없었다.