이산화탄소를 유용 자원인 에틸렌으로 변환하면서 부산물 발생은 없애는 촉매 기술이 개발됐다. 이 기술을 활용하면 탄소자원화 기술의 유용 자원 생산성을 대폭 높일 수 있어 에너지와 환경 문제를 한 번에 해결할 수 있다.
KAIST(총장 신성철)은 송현준 화학과 교수팀이 새로 고안한 나노촉매를 활용해 에틸렌과 일부 수소만 만들어 내는 전기화학 촉매 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.
전기화학 촉매를 이용한 이산화탄소 변환 기술은 태양광을 이용한 광촉매를 썼을 때보다 높은 에너지 효율을 자랑한다. 특히 '산업의 쌀'로 불리는 탄소화합물 에틸렌을 만들 수 있어 크게 주목받고 있다.
문제는 선택성에 있다. 에틸렌을 만드는 과정에서 에탄올, 프로판 같은 부산물이 함께 생긴다. 따로 분리 과정이 필요해 생산성이 떨어진다.
연구팀은 나뭇가지 모양의 구리 산화물 나노입자를 더한 '구리산화물-탄소 전극 물질'을 활용, 문제를 해결했다. 구리산화물이 4~5나노미터(㎚) 크기가 되게 하면서 효능을 극대화했다.
연구팀은 이 구리산화물이 높은 표면 반응성을 띠면서 매우 안정화된 특성을 보인다고 설명했다.
이렇게 만든 촉매는 전류 밀도와 안정성이 뛰어나고, 중성 수용액 조건에서 모든 촉매를 통틀어 가장 높은 에틸렌 선택성을 보이는 것으로 나타났다.
부산물은 수소 외에 없었다. 유일하게 나온 수소도 다른 물질과 달리 에틸렌과 쉽게 분리돼 큰 문제가 되지 않는다. 이산화탄소-에틸렌 변환 효율은 70%로 매우 높다.
송현준 교수는 “전기에너지를 이용한 이산화탄소 직접 변환 반응은 효율이 높지만 낮은 선택성이 문제였다”면서 “나노 수준의 촉매 디자인을 활용한 이번 연구로 고효율의 에너지 제조 촉매 개발이 가능해졌다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
