[이데일리 강민구 기자] 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 에틸렌이나 에탄올, 프로판올과 같이 산업적으로 부가가치가 있는 다탄소화합물로 전환할 실마리가 제시됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 오지훈 신소재공학과 교수 연구팀이 이산화탄소 전기화학 환원 반응 시 값싼 중성 전해물에서도 다탄소화합물을 선택해 생성할 수 있는 공정을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구를 수행한 송학현 박사과정, 오지훈 교수, 탄잉촨 박사후 연구원, 이범려 석사과정(왼쪽 뒤부터 시계방향으로).

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오지훈 교수 연구팀은 중성 전해물을 사용해 구리 촉매 층 내부의 이산화탄소 농도를 조절해 기존 대비 각각 이산화탄소 전환율은 5.9%에서 22.6%로, 다탄소화합물 선택도는 25.4%에서 약 62%까지 높아진 공정과 촉매 층 구조를 개발했다.

지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이산화탄소를 전기화학적으로 환원 반응시키면, 수소, 일산화탄소, 메탄 등 다양한 물질이 동시 생성되며, 이중 2개 이상의 탄소로 구성된 다탄소화합물이 산업적 가치로 주목받고 있다.

기존 연구는 탄소화합물의 선택도를 높이기 위해 주로 알칼리성 전해물에 의존한 촉매 개발에 집중됐다. 다만 알칼리성 전해물은 부식성과 반응성이 커 이를 적용한 기존 공정은 유지비용이 비싸고, 촉매 전극 수명도 짧았다.

연구팀은 구리 촉매 층 내부 이산화탄소 농도를 오히려 감소시키면서도 중성 전해물에서도 기존 대비 높은 성능을 보여줬다. 중성 전해물을 사용했음에도 불구하고 사용된 전극이 10시간이 넘도록 높은 다탄소화합물의 선택도와 생성량도 유지했다.

연구팀은 또 구리 촉매 층의 구조와 이산화탄소 공급 농도, 유량을 제어해 촉매 층 내부 이산화탄소 농도를 조절했다. 그 결과, 내부 농도가 최적일 때 다탄소화합물의 선택도가 높아졌다.

오지훈 교수는 “연구팀이 발견한 촉매 층 내부의 이산화탄소 농도와 다탄소화합물의 선택도의 관계는 그동안 촉매 특성에 치우친 연구에 새로운 방향을 제시했다”며 “산업적 활용에서 공정 유지비용을 절감하고, 촉매 전극 수명 연장에 기여할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘줄(Joule)’ 5월호 특집논문으로 게재됐다.