이산화탄소로 에너지원 만드는 '인공광합성' 기술적 난제 해결

국내 연구진, 이산화탄소 전환 효율 98%·안정성 100%인 전기화학적 포름산 생성 촉매 기술 개발

2단계 전기분해법을 이용한 전기화학적 포름산 생성 기술의 모식도 및 성능

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 황윤정 박사 연구팀이 남기태 서울대학교 재료공학부 교수 연구팀과의 전략적 협력 연구를 통해 인공광합성 분야의 난제 중 하나인 이산화탄소로부터 포름산을 안정적으로 만들어내는 전기분해 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

인공광합성 기술은 태양광과 같은 신재생 전기에너지를 이용해 물과 이산화탄소를 탄화수소 화합물로 전환하는 기술이다. 이 기술은 이산화탄소 저감 효과와 더불어 유용한 연료 및 고부가가치 화학 원료를 생산하기 때문에 미래 친환경 에너지 및 화학 산업을 선도할 수 있는 핵심 기술로 꼽힌다.

연구진에 따르면 팔라듐 금속은 이산화탄소로부터 포름산을 전기화학적 방법으로 전환할 때 가장 효과적인 촉매로 알려져 있다. 매우 높은 선택도로 포름산을 만들어내는 획기적인 소재이다. 하지만 반응 도중 생성되는 물질인 일산화탄소가 촉매 표면에 흡착돼 촉매 성능이 빠르게 저하되는 고질적인 문제가 있어 산업적으로 활용되지 못하고 있다.

서울대-KIST 공동연구진은 전압을 가해 산화 반응을 유도하면 촉매 표면에 흡착된 일산화탄소가 포름산보다 먼저 산화된다는 사실에 주목했다. 더욱이 특정 전압 범위에서는 포름산에는 영향을 주지 않고 문제가 되는 일산화탄소만을 산화시켜 제거할 수 있다는 사실을 새롭게 발견했다. 이러한 과학적 발견을 바탕으로 환원·산화 반응을 주기적으로 교차해 유도하는 새로운 '2단계 전기분해법'을 고안해 촉매 활성이 영구적으로 유지되면서 98%의 선택도로 포름산을 생성해내는 촉매 반응 시스템을 개발했다.

민병권 본부장은 "이번 연구는 국내 최고의 대학과 연구소의 연구자들이 힘을 합쳐 인공광합성 기술의 가장 어려운 숙제인 촉매 안정성 문제를 해결하기 위한 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 파급력이 있다"고 밝혔다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr