폭염 원인 이산화탄소 잡아 핵심 화학원료 만든다

이산화탄소는 지구 온난화를 발생시켜 요즘 같은 폭염의 원인이 되고 있다. 국내 연구진이 이산화탄소를 포집해 화학공업의 핵심 제품인 포름산으로 전환하는 방법을 개발했다. 서울신문 DB

가마솥 안을 방불케 하는 폭염이 계속되고 있다. 폭염의 원인은 이산화탄소 배출로 인한 지구 온난화 때문이다. 지구를 식히기 위해서 많은 과학자는 이산화탄소를 포집해 산업에 필요한 화학연료로 다시 사용하는 방법을 찾고 있다. 탄소 배출을 줄이는 동시에 새로운 부가가치를 창출할 수 있는 일석이조 효과를 기대할 수 있어서다.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터, 국민대 공동 연구팀은 공장과 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 포집해 별도의 분리, 정제, 압축 과정 없이 전기화학적으로 직접 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 9일 밝혔다. 포름산은 가죽, 의약품 등에 널리 활용되는 기초 화학물질인 데다가 수소를 저장 및 운반하는 물질로도 활용될 수 있지만 대부분 석유 같은 화석연료 기반 공정으로 생산된다. 이 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄’ 8월 표지 논문으로 실렸다.

기존 탄소 포집과 활용 기술은 이산화탄소를 잡아 기체로 분리, 정제, 압축해야 하기 때문에 많은 에너지와 비용이 든다. 최근 포집액을 직접 활용하는 기술도 개발되고 있지만 대부분 일산화탄소 같은 기체 제품 생산에 집중돼 액화 화학제품을 고순도로 생산하는 데는 한계가 있다.

포집한 이산화탄소를 전기화학적으로 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정 KIST 제공

연구팀은 트리에틸아민 포집액을 전기화학 반응기에 직접 공급하고 주석-구리 촉매를 적용해 포집된 이산화탄소의 94%를 포름산염으로 전환했다. 또 100시간 이상 안정적으로 반응을 유지하며 포름산염 농도를 2.62mol(몰)까지 높였고 실시간 분석으로 전환 메커니즘도 규명했다.

그 결과, 연구팀은 포름산염과 포집제를 분리하는 공정을 새로 개발해 최대 98%의 고순도 포름산을 생산하는 데 성공했다. 포집제는 회수해 다시 사용할 수 있으며 경제성 분석 결과 포름산 생산비는 1t당 약 410달러로 기존 시장가격보다 절반 가까이 낮았다. 온실가스 영향도 기존 공정보다 31.1% 줄어든 것이 확인됐다.

이번에 개발된 기술은 발전소, 제철소, 시멘트·석유화학 공장 등 이산화탄소를 많이 배출하는 산업 현장에 적용할 수 있다. 포집한 이산화탄소를 곧바로 화학원료로 전환할 수 있어 공정을 단순화할 수 있으며 재생에너지와 연계하면 기존 화석연료 기반 포름산 생산공정을 저탄소 전기화학 공정으로 대체할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

유용하 과학전문기자