이산화탄소 처리 신기술 나왔다.."탄소중립 청신호"

공장 배기가스의 저농도 이산화탄소(CO2)를 포집해 산업현장에서 주요한 원료로 사용되는 일산화탄소(CO)를 만들 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 "청정에너지연구센터 원다혜·이웅 박사와 서울대 황윤정 교수 연구팀이 공장 배기가스 수준의 저농도 이산화탄소를 반응물로 사용해 높은 반응효율로 일산화탄소를 생산할 수 있도록 하는 촉매 및 공정 기술을 개발했다"고 31일 밝혔다.

이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 기술은 탄소를 줄이는 핵심기술이지만, 고순도의 이산화탄소 가스를 반응 원료로 공급해야 한다는 걸림돌이 존재했다. 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 포함돼 있다. 지금까지는 이러한 저농도의 배기가스로는 충분한 효율을 확보할 수 없었다. 은(Ag) 촉매를 이용해 고순도(99.(9%) 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하면 95%가 일산화탄소로 생성되나 저농도(10%) 이산화탄소를 사용하면 40%의 일산화탄소만 발생한다. 60%는 수소다.

KIST의 연구 성과는 저농도 이산화탄소를 사용하면서도 일산화탄소 발생효율을 높일 수 있도록 하는 해법을 찾았다는 것이다. 니켈 단원자 촉매가 바로 그것이다.

그동안 철, 니켈 등 일반 금속은 귀금속보다는 반응성이 좋지 않아 이산화탄소 전환 촉매로 만들 수 없었는데, 단일 원자 형태로 만들면 효율이 높아진다는 최근 연구결과에 착안, 연구팀이 새로운 촉매를 개발한 것이다.

이와함께, 이산화탄소를 물에 녹인 후 반응시키던 기존 방식과는 다르게 기체 상태 그대로 전환 반응을 일으킬 수 있도록 최적의 구동 기술도 개발했다.

니켈 단원자 촉매는 배기가스 수준의 저농도(10%) 이산화탄소로도 결과물의 93%를 일산화탄소로 생성할 수 있다는 것이 연구팀 설명이다. 니켈이나 탄소는 저가 재료여서 경제성도 확보할 수 있다.

니켈 단원자 촉매를 사용하면 일산화탄소 발생효율이 높아지는 것을 알수 있다.

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"고 밝혔다.

연구팀은 "저농도의 이산화탄소 가스를 사용해도 높은 이산화탄소 전환 성능을 유지할 수 있다면, 우려되었던 가격 부담이 크게 절감되고 이를 통해 대기로 재방출되는 이산화탄소의 양을 획기적으로 줄여 탄소중립에 크게 기여할 수 있다"고 밝혔다.

연구팀은 "배가스의 직접 사용에 가장 큰 걸림돌이 되는 저농도 이산화탄소 사용에 의한 효율 감소 문제는 이번 연구를 통해 크게 개선됐다"며 "앞으로는 배가스에 포함되어 있는 다른 불순물인 산소, SOx, NOx 등에 의한 피독 문제와 부반응 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발할 예정"이라고 덧붙였다. 배가스(flue gas)는 공장, 선박 등에서 연료를 사용한 후에 연도를 통해 배출되는 가스로 주요 성분은 질소(50-70%) 이산화탄소(10%-25%), 산소 등이 포함돼 있다.

이버 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 'ACS Energy Letters' 최신 호에 게재됐다.

CBS노컷뉴스 이재기 기자 dlworll@daum.net

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