이산화탄소(CO₂)로부터 일산화탄소(CO)를 생성하는 효율을 획기적으로 높이는 촉매 기술이 개발됐다. 온실가스 감축을 위한 CO₂ 대량 활용기술 개발에 크게 기여할 전망이다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 이계행 연구장비개발부 연구원팀이 남기민 부산대 화학과 교수팀, 이호식 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수팀과 함꼐 금 나노입자 표면 CO₂ 분해 메카니즘을 원자 수준에서 규명하고, 촉매 표면을 개질해 낮은 전압에서도 CO 생성률을 세계 최고 수준으로 확보하는데 성공했다고 28일 밝혔다.
CO₂는 지구 온난화 주범인 반면에 플라스틱, 연료 등 석유화학 원료 제조에 꼭 필요한 CO 주요 성분이기도 하다. CO로 분해하려면 촉매가 반드시 필요하다. 일반 촉매들은 수소(H₂)가 동시에 생성돼, CO 순도가 낮아 원료로 쓰기에는 부적합하다.
공동연구팀은 계면활성제 화학적 특성을 활용해, 낮은 전압에서도 CO 선택적 생성률을 획기적으로 높인 금 나노 촉매를 개발했다. 개발 금 나노입자 촉매는 0.4~-1.0V(기준전극 RHE) 전압 범위에서 CO 생성률 페러데이 효율(전하량 대비 생성물 비율) 90% 이상을 달성했다. 특히, 0.6V에서 최대 98% 생성률에 도달했다.
또 -0.7V에서 16시간 연속 촉매 반응을 진행해도, CO 생성 패러데이 효율이 90% 이상을 꾸준히 유지해 내구성도 크게 향상됐다.
연구진은 “이번 연구는 현재까지 개발된 CO₂ 분해용, CO 생성용 촉매의 높은 과전압 사용과 낮은 내구성 한계를 간단한 계면활성제 처리만으로도 해결할 수 있는 기술을 제시함으로써 향후 촉매 기술 개발의 새로운 영역을 연 것”이라며 “후속 연구로 CO₂ 분해용 후보 촉매들에 이 기술을 적용해 성능 향상 여부를 확인하고, 사업화 가능한 촉매 개발 연구를 기획하고 있다”고 밝혔다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
