이산화탄소로 에틸렌을 대량 생산한다

KIST 청정에너지연구센터 오형석, 황윤정, 이웅희 박사팀
적은 전기로도 작동 가능한 성게모양의 구리나노촉매 개발

한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 오형석, 황윤정, 이웅희 박사팀이 개발한 염기성 물질이 첨가된 성게 형태의 나노 구리 촉매 전극의 대용량 스택 시스템. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 이산화탄소를 에틸렌으로 바꾸는데 필요한 구리촉매를 개발하고 대량생산 시스템을 개발했다. 연구진이 개발한 구리촉매는 낮은 전압에서도 에틸렌 생산량이 기존보다 50%이상 향상됐다. 연구진은 이번 연구결과가 추후 이산화탄소 전환의 연구개발(R&D)을 제시할뿐더러 실제 스택 시스템을 만들어보임으로써 앞으로의 이산화탄소 전환시스템 실현 가능성을 보인 것이라고 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 오형석, 황윤정, 이웅희 박사팀이 이산화탄소에 전기화학적 방법을 적용해 에틸렌과 에탄올을 얻을 수 있는 구리 나노촉매를 개발하고 대량생산 시스템을 개발했다고 4일 밝혔다.

에틸렌은 석유에서 나오는 기초 물질로 플라스틱, 합성 고무, 건축 자재 등 다양한 일상 제품을 만들 수 있다. 연구진의 기술은 석유화학산업에서 다방면으로 쓰이는 에틸렌을 지구온난화 주범인 이산화탄소로 만드는 것이다.

오형석 박사는 "이번 연구는 염기성 물질이 첨가된 성게 형태의 나노 구리 촉매 전극의 개발로 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템의 성능 및 규모를 크게 향상시키고 앞으로의 연구 개발 방향을 제시했다."고 말했다. 또한 오 박사는 "이 연구를 통해 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템의 실용화에 크게 기여할 것"라고 전망했다.

한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 오형석, 황윤정, 이웅희 박사팀이 개발한 성게모양의 구리나노 촉매. KIST 제공

먼저 이산화탄소가 에탄올로 바뀌는데 필요한 촉매를 성게 모양의 나노 구리물질로 만들었다. 이 촉매는 성게처럼 불규칙적인 바늘 형태이기 때문에 바늘의 뾰족한 부분에서 촉매활성도가 높아진다.

또한 성게모양의 구리나노촉매를 이용해 대면적시스템을 만들었다. 이 촉매로 전환 전지를 여러개 쌓아 대량생산 위한 시스템을 제작해 실용화 가능성을 확인했다.

연구진은 촉매를 분석한 결과 개발한 촉매에 첨가된 염기성 물질에 의해 수산화구리와 산화구리 성분이 많아져 이산화탄소 전환 효율이 높아졌다. 이를 통해 반응 중의 수산화물과 산화물의 비율을 높이는 것이 에틸렌의 생산 효율을 높이는 키임을 밝혀 앞으로의 연구에서 촉매를 디자인하는 방향을 제시했다.

이번 연구 결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 '나노 에너지' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자