광주과학기술원(GIST)은 이재영 지구·환경공학부 교수팀이 이산화탄소 재자원화 공정을 통해 자동차 연료로 사용 가능한 친환경 부탄올을 효율적으로 생산하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
이산화탄소 재자원화는 이산화탄소를 전기화학적으로 전환해 고부가가치 유기화합물로 생산해 재사용하는 기술이다.
이산화탄소에서 탄소 수를 2개, 3개로 늘리는 전환공정은 반응선택성과 효율이 높지 않아 공정의 후단부에 추가로 분리와 농축공정이 필요하다.
최근 구리 촉매를 사용해 전기화학적 이산화탄소 전환을 통해 부탄올을 생산한 연구가 이뤄졌지만 에틸렌, 에탄올, 프로판올 등의 C2·C3유기화합물에 대한 전환효율은 10~50% 정도를 보였다. 특히 부탄올에 대한 패러데이 전환효율은 0.056%로 확인이 매우 어려운 수준이다.
이 교수팀은 인화 구리 촉매로 표면 친산소성을 높여 반응 경로를 개선, 전기화학반응 뿐만 아니라 자발적 화학반응이 일어날 수 있는 환경을 만들었다. 구리(Cu) 금속에 인(P)을 도입한 전기화학 촉매를 이용 이산화탄소가 다탄소 유기화합물로 전환되는 과정에서 반응속도 결정단계인 일산화탄소 흡착종을 제어함으로써 이산화탄소로부터 부탄올을 기존보다 70배 높은 생산효율을 확인했다. 이러한 수치는 기존보다 약 10배 정도 큰 면적의 전극촉매를 사용해 도출한 결과다.
이재영 교수는 “그동안 지구온난화의 유발물질로 알려진 이산화탄소를 고부가가치 친환경 자원으로 활용할 수 있게 됐다”며 “향후 전극촉매 대면적화와 공정 개선을 통해 미래 수소에너지인 부탄올을 대량 생산해 친환경 내연기관 자동차에 사용할 수 있기를 기대한다”고 말했다.
이 교수팀이 수행한 이번 연구는 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 화학 기술 분야의 세계적인 학술지인 '미국화학회 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 최근 온라인으로 게재됐다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
