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전기화학적 포름산 생성 촉매 기술 개발…인공광합성 난제 해결

머니투데이 류준영 기자 2019.09.10 12:00
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KIST-서울대, ‘2단계 전기분해법’ 개발…이산화탄소 전환 효율 98%, 안정성 100% 확보



한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 황윤정 박사, 서울대 재료공학부 남기태 교수로 이뤄진 공동연구팀이 인공광합성 분야 난제 중 하나인 이산화탄소로부터 포름산을 안정적으로 만들어내는 전기분해 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

(왼쪽부터)한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 서울대 재료공학부 남기태 교수/사진=KIST (왼쪽부터)한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 서울대 재료공학부 남기태 교수/사진=KIST


인공광합성은 태양광과 같은 신재생 전기에너지를 이용해 물과 이산화탄소를 탄화수소 화합물로 전환하는 기술이다.

‘팔라듐’ 금속을 촉매로 활용하면 이산화탄소를 포름산으로 전환할 수 있다. 포름산은 상온에서 자발적으로 수소로 전환되며, 안정적인 액체 상태로 존재해 운반이 쉽다. 향후 차세대 자동차 연료로 사용될 가능성이 크며 수소 에너지 산업과도 깊은 연관성을 가지는 중요한 화학물질이다.



팔라듐 금속은 이산화탄소로부터 포름산을 전기·화학적 방법으로 전환할 때, 가장 효과적인 촉매로 알려져 있다. 하지만 반응 도중 생성되는 물질인 일산화탄소가 촉매 표면에 흡착돼 촉매 성능이 빠르게 저하되는 고질적인 문제가 있어 산업적으로 활용되지 못하고 있다.


연구진은 전압을 가해 산화 반응을 유도하면 촉매 표면에 흡착된 일산화탄소가 포름산보다 먼저 산화된다는 사실에 주목했다. 특정 전압 범위에서는 포름산에 영향을 주지 않고 문제가 되는 일산화탄소만을 산화시켜 제거할 수 있었던 것. 연구진은 이를 바탕으로 환원·산화 반응을 주기적으로 교차·유도하는 새로운 ‘2단계 전기분해법’을 고안, 촉매 활성이 영구적으로 유지되면서 98%의 선택도로 포름산을 생성해내는 촉매 반응 시스템을 개발했다.

민병권 본부장은 “이번 연구는 인공광합성 기술의 가장 어려운 숙제인 촉매 안정성 문제를 해결하기 위한 돌파구를 마련했다는 점에서 큰 파급력이 있다”고 말했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다
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