국내 연구진, 전기화학 인공광합성 촉매 개발

저가의 탄소 소재 촉매 이용…이산화탄소로부터 일산화탄소 고효율 생산

개발된 탄소 촉매의 수돗물 환경 내에서의 120시간 안정된 이산화탄소 전환 성능

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 국가기반기술연구본부 민병권 박사 연구팀이 고도로 정제된 실험실 환경에서 벗어나, 실제 환경에서도 장시간 안정적으로 구동될 수 있는 전기화학 인공광합성 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.

인공광합성 기술은 태양광을 이용해 지구 온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소를 부가가치를 갖는 물질로 전환는 에너지·자원 분야의 꿈의 기술이라고 할 수 있다. 이 기술의 실현을 위해서는 화학적으로 매우 안정된 상태에 있는 이산화탄소를 손쉽게 변환하기 위한 촉매가 필요하다. 현재까지 대부분 연구자는 다양한 불순물로부터 생기는 변수를 최소화하기 위해 고도로 정제된 증류수를 사용해 촉매를 개발해왔다. 하지만 이렇게 개발된 촉매들은 대량 생산을 위한 실제 환경에 적용될 경우 실험실 환경과 동등한 성능 및 안정성을 보이지 못했다.

연구진은 이 같은 문제점을 극복하기 위해 이산화탄소 변환 전기화학 시스템의 가장 기본 구성 요소인 전해질을 초고순도의 증류수가 아닌, 일상생활에서 가장 쉽게 접할 수 있는 대표적 실용수인 수돗물로 바꿨다. 또한 은 촉매를 이용해 수돗물의 성분 중 ‘철’ 성분이 촉매의 성능을 가장 크게 저하한다는 것을 밝혔다.

연구진은 실제 물을 사용하는 환경에서도 내구성을 높이기 위해 촉매를 철 성분으로부터 보호했다. 이를 위해 금속 불순물이 증착돼도 문제가 없도록 탄소나노튜브에 질소 원소가 함유된 형태의 촉매를 개발했다. 이 촉매는 고가의 상용 촉매인 은 촉매에 버금가는 이산화탄소 전환 성능을 보였고 수돗물 환경에서도 20분 이내에 성능이 80% 이상 감소하는 은 촉매와 달리 120시간 동안 안정적인 성능을 보였다.

민병권 박사는 "이 연구는 일반적으로 실험실 연구 과정에서 쉽게 간과할 수 있는 부분이자 개발 기술들이 직면하게 될 실제 적용 환경에 대한 고찰에서 시작됐다"며 "이번 연구로 밝혀진 내구성 저해 요소와 탄소 기반 촉매의 장시간 내구성 확보 결과를 통해 인공광합성 기술의 실용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대한다"고 밝혔다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr