이산화탄소 전환율 및 다탄소화합물 선택도 3~4배 개선
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 오지훈 교수 연구팀이 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는 새로운 실마리를 잡아냈다.
KAIST는 3일 오 교수 연구팀이 이산화탄소 전기화학 환원 반응 시 값싼 중성 전해물(전해질)에서도 다탄소화합물을 선택적으로 생성할 수 있는 공정을 개발했다고 밝혔다.
이번 개발된 기술은 이산화탄소 농도조절만으로도 다탄소화합물 선택도를 크게 높여 실용화 시 에틸렌이나 살균, 소독용이나, 바이오 연료로 사용되는 에탄올, 화장품과 치과용 로션이나 살균·살충제에 사용되는 프로판올 등 기존 석유화학산업 지형에 큰 변화가 예고된다.
오 교수 연구팀은 알칼리성 전해물에 의존해 촉매 개발에 집중해 온 기존 연구와 달리 역발상으로 중매 전해물에 주목했다.
연구팀은 중성 전해물을 사용, 구리(Cu) 촉매 층 내부 이산화탄소 농도를 조절한 결과 기존 공정과 비교해 이산화탄소 전환율이 5.9%에서 22.6%, 다탄소화합물 선택도는 25.4%에서 약 62%까지 대폭 높아지는 것을 확인했다.
특히 구리 촉매 층 구조와 이산화탄소 공급 농도, 유량을 제어한 결과 촉매 층 내부의 이산화탄소 농도를 조절하는 데 성공했으며 농도가 최적일 대 다탄소화합물의 선택도가 높아짐을 확인했다.
오지훈 교수는 ”연구팀이 발견한 촉매 층 내부의 이산화탄소 농도와 다탄소화합물의 선택도 간의 관계는 그동안 촉매 특성에 치우쳐있던 연구에 새로운 방향을 제시하고 동시에 산업적 활용에서 공정 유지비용 절감은 물론 촉매 전극 수명 연장에 이바지할 것으로 기대된다ˮ 고 밝혔다.
탄잉촨 박사 후 연구원도 “촉매 특성을 바꾸지 않고 단순히 이산화탄소 농도만 바꿔도 다탄소화합물의 선택도를 크게 개선할 수 있었다”며 “이번 연구에서 밝힌 이산화탄소의 새로운 전기화학적 전환 기술은 기존 석유화학산업에 새로운 변화를 가져오는 전환점이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행됐으며 셀프레스(Cell press)에서 발간하는 에너지 분야 국제학술지 `줄(Joule)' 특집논문에 게재됐다.
