한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 이산화탄소(CO₂) 기반 각종 유용 화합물 전환 생산성을 2배 이상 높일 수 있는 신개념 전기화학적 전환 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
전기화학적 CO₂ 전환기술은 물과 전기에너지를 이용해 CO₂ 화학원료와 연료로 바꾸는 친환경 기술이다.
주로 CO₂를 액체에 녹여 반응시키는데, 기체상태 반응에 비해 필요 에너지가 굉장히 줄어든다. 그러나 전해액에 녹일 수 있는 CO₂ 양이 매우 적어 생산성이 낮다는 문제가 있다.
전해액은 CO₂가 쉽게 반응하는 조건을 만들어주지만 전기저항으로도 작용한다. 불필요하게 많은 전기에너지를 공급해야 하고, 전해액 제조비용과 더불어 추가적인 반응기 부품 및 장치가 필요하다.
연구진은 수증기를 불어넣는 간단한 방법으로 전해액 사용을 대체했다. 수증기가 촉매 표면에 맺혀 얇은 액체 막을 만들고, 여기에 기체상태 CO₂가 녹아들어가 빠르고 효율적으로 반응을 일으킬 수 있게 했다. 낮은 CO₂ 용해도 문제를 해결할 수 있다. 동시에 전기저항으로 작용하는 전해액 층을 제거한다.
연구진은 개미산염 생산에 이 방법을 적용, 기존 전해액 사용 기술 대비 2배 이상 높은 생산성을 달성했다. 패러데이효율도 95%를 보였다. 패러데이효율은 반응에 쓰인 전류 중 실제 유용 제품 생산에 사용된 전류를 나타낸다. 일산화탄소(CO) 생산에도 2배 이상 생산, 93% 패러데이 효율을 얻었다.
연구진은 이같은 방법으로 같은 양 제품을 생산하는데 쓰이는 전력을 30%이상 줄이고, 제품 생산단가를 50% 수준으로 낮출 수 있다고 설명했다. 기술상용화를 위해 성광이엔텍과 최근 기술이전 계약을 체결한 상태다.
이밖에 현재 에틸렌, 합성가스, CO, 유기산 등 다양한 화합물 생산에 적용하기 위한 전극 촉매 개발도 병행하고 있으며, 대전 본원 연구개발(R&D) 실증설비에서 CO₂ 포집플랜트와 연계, 소형 파일럿 실증연구를 진행하고 있다. 2025년까지 하루 1톤 CO₂ 처리 규모로 확대해 나갈 계획이다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
