이산화탄소를 이용해 수소와 전기를 생산하는 전지 시스템을 개발한 울산과학기술원 연구진. 왼쪽 위부터 시계 방향으로 김건태 교수, 주상욱 연구원, 김정원 연구원, 김창민 연구원. [울산과학기술원 제공]

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 지구온난화 주범인 이산화탄소를 없애는 동시에 전기와 수소를 생산하는 시스템을 개발했다.

김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀은 '하이브리드 나트륨 금속-이산화탄소 시스템'(Hybrid Na-CO₂ system)을 개발했다고 10일 밝혔다.

이 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용하는 전지 시스템인데, 작동 과정에서 이산화탄소는 제거하고 전기와 수소를 생산한다.

현재 인류가 배출하는 이산화탄소 대부분은 바다에 흡수돼 바닷물을 산성으로 바꾼다.

이 현상에 주목한 연구진은 이산화탄소를 물에 녹여 전기화학적 반응을 유도하는 아이디어를 고안했다.

산성도가 높아지면 양성자가 많아져 전자를 끌어당기는 힘이 세지는데, 이를 이용해 전지 시스템을 만들면 이산화탄소를 제거하면서 전기를 생산할 수 있다고 본 것이다.

하이브리드 나트륨 금속-이산화탄소 시스템은 연료전지처럼 음극(나트륨 금속), 분리막(나시콘), 양극(촉매)으로 구성된다.

다른 전지와 달리 촉매가 물속에 담겨 있으며, 음극과 도선으로 연결된 상태다.

하이브리드 나트륨-이산화탄소 시스템에서 반응이 일어나는 과정 모식도 [울산과학기술원 제공]

물에 이산화탄소를 불어넣으면 전체 반응이 시작돼 이산화탄소는 사라지고, 전기와 수소가 만들어진다.

이때 이산화탄소 전환 효율은 50%로 높은 수준을 보인다.

특히 이 시스템은 전극 손상 없이 1천 시간 이상 작동되는 안정성을 보였다.

자발적인 화학반응을 유도해 이산화탄소 활용과 제거에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

김 교수는 "기후변화에 대응하기 위해 이산화탄소 활용과 저장 기술(CCUS)이 주목받고 있다"면서 "이번 연구는 단순히 새로운 이산화탄소 활용 시스템에 그치지 않고 더 많은 파생 연구로 이어질 것이며 전해질과 분리막, 시스템 설계, 전극 촉매 등이 개선되면 더 효과적으로 이산화탄소를 줄이면서 수소와 전기를 생산할 수 있을 것"이라고 내다봤다.

이번 연구는 과학저널 셀(Cell) 자매지인 '아이 사이언스'(iScience)에 실렸다.

hkm@yna.co.kr



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