"배기가스도 자원으로"…켄텍, CO₂포집·전환 전극 개발

[나주=뉴시스] 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍)가 희석된 이산화탄소(CO₂) 조건에서도 포집과 전환을 하나의 전극 구조 안에서 동시에 수행할 수 있는 새로운 전기화학 전극 시스템을 개발했다. (그래픽=켄텍 제공) photo@newsis.com

[나주=뉴시스]이창우 기자 = 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍)가 희석된 이산화탄소(CO₂) 환경에서도 포집과 전환을 하나의 전극에서 동시에 수행할 수 있는 전기화학 전극 시스템을 개발했다.

켄텍 에너지공학부 최원용·오명환 교수 연구진은 산업 배출가스처럼 CO₂ 농도가 낮고 산소와 질소가 섞인 조건에서도 별도의 분리 공정 없이 CO₂를 개미산(formic acid)으로 전환할 수 있는 통합형 전극 구조를 설계·제시했다고 22일 밝혔다.

기존 탄소 포집·전환 기술은 고농도 CO₂ 분리 공정을 먼저 거쳐야 해 비용과 에너지 소모가 컸다.

반면 이번 기술은 희석된 배기가스를 그대로 활용할 수 있어서 공정 단순화와 비용 절감이 가능하다는 점에서 의미가 크다.

연구진이 개발한 전극은 'CO₂를 선택적으로 흡착하는 다공성 탄소층', 'CO₂를 개미산으로 전환하는 주석 산화물(SnO₂) 촉매층', '기체 확산과 전자 이동을 담당하는 탄소 종이층' 등 3개 층으로 구성된다.

이 구조를 통해 포집과 전환 반응이 전극 내부에서 연속적으로 일어난다.

실험 결과, 해당 전극은 CO₂ 15%, 산소 8%, 질소 77%로 구성된 모사 배기가스 조건에서도 안정적으로 개미산을 생성했으며, 약 400ppm 수준의 낮은 CO₂ 농도에서도 반응이 가능한 것으로 나타났다.

개미산은 액체 형태로 저장과 운송이 쉬워 연료, 화학 원료 등으로 활용도가 높아 탄소 자원화 측면에서도 주목된다.

연구진은 분자동역학 시뮬레이션과 이론 계산을 통해 전극 내부에서 CO₂와 산소의 이동·흡착 거동도 분석했다. 이 과정에서 켄텍 에너지공학부 양재연 학생이 핵심 계산을 수행했다.

[나주=뉴시스] 한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍)가 희석된 이산화탄소(CO₂) 조건에서도 포집과 전환을 하나의 전극 구조 안에서 동시에 수행할 수 있는 새로운 전기화학 전극 시스템을 개발했다.(왼쪽부터) 켄텍 오명환 교수, 동라이 판 연구원, 켄텍 최원용 교수. (그래픽=켄텍 제공) photo@newsis.com

최원용 교수는 "탄소 포집과 전환이 반드시 분리된 공정일 필요는 없다는 점을 실험적으로 입증했다"며 "실제 배기가스 환경에서도 작동 가능한 단순한 탄소 활용 경로를 제시했다"고 말했다.

오명환 교수는 "기체상 CO₂가 액체 개미산으로 바뀌는 반응에 최적화된 전극 설계 원리를 제시했다"고 설명했다.

연구진은 이번 기술이 대규모 발전소는 물론 소규모 산업시설이나 분산형 배출원에도 적용 가능한 차세대 탄소 저감 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 ACS Energy Letters에 게재됐다.

미국화학회(ACS)는 해당 연구를 주목할 만한 성과로 선정해 공식 보도자료로 소개했다.

☞공감언론 뉴시스 lcw@newsis.com

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