[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 온실가스인 이산화탄소(CO₂)를 고부가가치 화학물질인 에탄올로 고효율 전환하는 친환경 전기촉매 기술을 개발하는 데 성공했다.
한국연구재단은 성균관대학교 이효영 교수 연구팀이 이산화탄소를 선택적으로 에탄올로 전환하는 '단일 원자 이합체 전기촉매(CuZn-SAD-NC)'를 개발했다고 밝혔다.
이산화탄소 환원(CO₂RR) 기술은 공장이나 대기 중에서 포집한 이산화탄소에 전기에너지를 더해 유용한 화학물질로 바꾸는 탄소중립 핵심 기술이다.
그러나 기존 촉매는 복잡한 다단계 반응 과정에서 다양한 부산물이 발생해 고순도 에탄올 추출을 위한 대형 정제 설비와 추가 에너지가 소요되는 한계가 있었다.
연구팀은 뛰어난 전도성을 지닌 N-도핑 그래핀 기판 위에 구리(Cu)와 아연(Zn) 금속 원자를 1개씩 정밀하게 배치한 이합체 촉매를 설계했다.
인접한 아연(Zn) 원자가 이산화탄소를 일산화탄소(CO)로 1차 환원하면, 구리(Cu) 원자가 이를 전달받아 탄소 간 결합(C-C 결합)을 촉진하는 협동 반응을 통해 에탄올 생성 효율을 극대화했다.
특히 이번 연구는 실험실 수준의 3전극 방식을 넘어 실제 산업 현장에 쓰이는 상업용 멤브레인 전극 조립체(MEA) 셀 시스템에 직접 적용해 성능을 검증했다.
실험 결과 개발된 촉매는 -12.5mA/cm² 전류 밀도 조건에서 별도의 부산물 정제 공정 없이도 보고된 수치 중 최고 수준인 69%의 에탄올 선택률과 55시간 이상의 구동 안정성을 기록했다.
이효영 교수는 “이번 성과는 실제 상업용 MEA 셀 환경에서 이산화탄소로부터 높은 선택성을 가진 고순도 에탄올을 직접 생산하는 길을 연 것”이라며 “향후 전류 밀도와 장기 안정성을 추가 보완해 친환경 바이오 연료 및 화학 원료 상용화를 앞당기겠다”고 설명했다.
