국내 연구진이 이산화탄소와 암모니아를 제거하는 동시에 고활용 유기화합물로 전환하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 탄소중립사회로 조속한 진입하는 데 기여할 전망이다.
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 이재영 지구·환경공학부 교수팀이 암모니아와 이산화탄소를 동시에 제거·변환할 수 있는 전해전환 공정과 함께 화학제품 원료나 전기 발전 에너지원으로 사용 가능한 합성가스를 효율적으로 생산하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
암모니아 이산화탄소 동시 전해전환은 암모니아와 이산화탄소를 전기화학적으로 전환해 고부가가치 유기화합물로 생산하는 기술이다. 이산화탄소 전기화학적 전환은 상온·상압 조건에서 대기 가운데 온실가스를 감축하는 동시에 고부가가치인 탄화수소계 화합물로 전환할 수 있어 매우 각광받고 있다. 하지만 이산화탄소 전해공정은 이산화탄소 환원 공정이 이론전위가 높은 물 전기분해와 짝반응을 이루는 구조로 구성되기 때문에 이산화탄소 전해공정에 필요한 총 소모전력이 매우 커 상용화에 걸림돌로 작용하고 있다.
이 교수팀은 전력소모가 높은 물 전기분해 대신 상대적으로 소모전력이 낮은 암모니아의 전기화학적 산화반응을 짝반응으로 구성하는 새로운 시도에 도전했다. 이를 통해 총 소비전력을 낮추는 동시에 유해 암모니아와 이산화탄소를 고부가가치의 물질로 전환하는 데 성공했다.
특히 자체 제작한 니어 제로 갭(near Zero-gap)을 사용해 암모니아-이산화탄소 동시 전해 공정으로 셀 구동 전압을 최대 34.04% 감소시켰으며 일산화탄소와 수소를 포함하는 합성가스 생산이 가능한 에너지 절약형 탄소 연료 생산 공정을 새롭게 제시했다. 또 합성가스에서 투입한 암모니아의 농도와 인가 전류밀도에 따라 일산화탄소대 수소 비율을 선택적으로 조절할 수 있다는 사실을 증명했다.
이재영 교수는 “이번 연구 성과는 경제적이면서 기존 공정보다 더 친환경적인 새로운 탄소 연료 생산 공정과 다양한 분야에서 맞춤형 합성가스 생산 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다”면서 “향후 전극촉매의 확장과 대면적화를 통해 친환경 연료를 대량 생산해 고효율연료 생산 공정의 확장을 기대한다”고 말했다.
이 교수가 주도하고 최민준 박사과정생 및 김진원 연구조교수가 참여한 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 공학분야 선도연구센터(ERC 에코시스켐연구센터) 지원으로 수행했다. 화학공학 기술 분야의 상위 3% 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널' 온라인에 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
