[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 단원자 촉매의 전자구조를 모사하는 새로운 촉매 개발법을 제시했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 18일 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 황하니켈 촉매를 개발했다고 밝혔다.
청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀이 개발한 촉매는 실제 전환 시스템에 적용한 결과 기존 니켈단일원자 촉매보다 3배 이상의 이산화탄소 전환 성능을 보였다.
이산화탄소는 지구온난화를 유발하는 물질 중 대부분을 차지하며 온실효과에 미치는 영향 또한 가장 크다.
그러나 전기화학적 환원 반응을 이용하면 일산화탄소, 에틸렌, 개미산, 메탄올 등 유용한 화합물로 변화시킬 수 있어 이를 포집·활용·저장하고자 하는 연구개발이 활발히 이뤄지고 있다.
특히 일산화탄소(CO)는 산업계에서는 매우 중요한 기초 원료로 이용된다. 일산화탄소는 화학적으로 매우 불안정해 화학, 금속, 전자산업 등에서 환원제로 주로 활용되고 있으며, 에너지 투입 대비 생산량이 많아 이산화탄소로 만들 수 있는 화학원료 중에서도 경제적 가치가 가장 높은 물질이다.
이산화탄소의 일산화탄소 전환 연구는 가격이 비싼 은과 금 같은 귀금속 촉매를 기반으로 이뤄져 왔다. 본격적인 상용화를 위해서는 저렴한 촉매 소재의 개발이 관건이었는데 니켈(Ni) 기반의 단일원자 촉매가 귀금속 촉매의 대안으로 개발됐지만 이산화탄소 전환 속도, 즉 최대 전류량이 낮다는 한계가 있었다.
연구진은 상대적으로 저렴한 황화 니켈 촉매를 제안하고, 이를 실제 시스템에 적용해 높은 성능을 얻었다. 실시간 분석을 통해 황화니켈 촉매는 반응 중에 단일 원자 니켈 촉매의 전자구조를 모사해 높은 전기화학적 이산화탄소 전환 활성을 보이는 것이 확인됐다.
또 전력효율(패러데이 효율3))역시 기존 니켈 단일원자 촉매(22%)보다 3배 이상(70%) 향상되는 것을 확인했다.
KIST 오형석 박사는 “향후 장시간 내구성 등의 후속 연구를 통해 황화니켈 촉매의 빠른 상용화에 힘쓸 계획”이라고 말했다.
