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이산화탄소를 고부가가치 화합물로 바꾼다…고효율 촉매 전극 개발

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- KIST, 나노 촉매 전극 고효율·대면적 구현

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KIST 오형석 선임연구원(오른쪽)이 이웅희 박사가 나노크기의 산호 형태를 지닌 은 촉매 전극을 제작, 고성능 대면적 인공광합성 시스템을 개발했다. 연구진이 대면적으로 제작한 인공광합성 시스템의 효율에 대해 논의하고 있다.[KIST 제공]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 지구온난화 주범으로 꼽히는 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환시켜주는 고효율 촉매 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 청정에너지연구센터 오형석‧이웅희 박사 연구팀은 베를린공과대학과 공동 연구를 통해 인공광합성의 주요 연구분야인 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노 크기의 산호 형태를 지닌 은 촉매 전극 및 대면적 시스템을 개발했다고 30일 밝혔다.

인공광합성 시스템은 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 고부가가치를 갖고 있는 화학 물질로 전환하는 기술로 환경오염 없이 이산화탄소를 제거하고 유용한 화학물질을 얻을 수 있다. 최근에는 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템 분야가 높은 관심을 받고 있다.

기존 이산화탄소 전환 연구는 액체 상태에서 주로 진행돼 왔다. 하지만 액상에서는 전극을 물에 담근 형태로 성능을 측정하는데, 이산화탄소가 물에 잘 녹지않아 투입 에너지 대비 충분한 효율을 얻지 못하고 있었다. 액체가 아닌 기체 상태에서 이산화탄소를 전환하는 시스템이 개발되어 효율을 높일 수 있을 것이라는 기대가 있었지만, 시스템에 적용할 수 있는 촉매, 전극에 개발에 대한 연구는 아직 미진한 편이었다.

연구진은 일산화탄소 생성 효율이 높은 기체상태에서의 이산화탄소 전환 시스템용으로 나노크기의 산호형태 모양을 지닌 은 촉매 전극을 개발했다. 이 촉매는 기존 은 촉매에 비해 반응에 필요한 에너지가 적으며, 기존 액상 시스템에 비해 100배 이상의 일산화탄소를 생성할 수 있었다. 또한 이산화탄소환원 시스템의 전극을 실험실 규모를 벗어나 실용화될 수 있도록 대면적화에 성공했다.
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나노미터 크기의 산호 형태를 지닌 은 촉매 전극의 주사전자현미경 촬영 사진.[KIST 제공]

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연구진은 실시간 X-선 흡수 분석법으로 염소이온을 통해 제조된 산호 형태의 은 나노 전극 촉매가 높은 표면적 및 다공성 구조로 인해 높은 물질 전달 능력을 보이는 것을 확인했다. 이는 높은 이산화탄소 전환 효율을 보임을 뜻한다.

오형석 박사는 “나노미터 크기의 산호 형태 은 촉매 전극의 개발을 통해 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템의 전류 밀도 및 성능을 크게 향상시키고 추후 연구 방향을 제시했다”라며 “이번 연구를 통해 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템 연구 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제학술지 ‘나노 에너지’ 최신호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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