대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂)를 화학원료로 다시 활용할 수 있다면, 탄소 배출을 줄이는 동시에 새로운 부가가치를 창출할 수 있다. 가죽·의약품 등에 쓰이는 포름산이 이런 CO₂ 전환의 대표 표적 물질이다.
이런 가운데, 한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)이 포집한 CO₂를 별도 분리·정제·압축 과정 없이 전기화학적으로 직접 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 9일 밝혔다. 원다혜·이웅 청정에너지연구센터 박사팀이 이찬우 국민대 교수팀과 이룬 성과다.
연구팀은 트리에틸아민 포집액을 전기화학 반응기에 직접 공급하고 주석-구리 촉매를 적용해 포집 CO₂ 94%를 포름산염으로 전환했다. 또 100시간 이상 반응을 유지하며 포름산염 농도를 2.62몰까지 높였고, 실시간 분석으로 전환 메커니즘도 규명했다.
연구팀은 포름산염과 포집제를 분리하는 공정을 새로 개발해 최대 98% 고순도 포름산 생산에 성공했다. 포집제는 회수해 다시 사용할 수 있으며, 경제성 분석 결과 포름산 생산비는 1톤당 약 410달러로 기존 시장가격보다 절반 가까이 낮았다. 또 온실가스 영향도 기존 공정보다 31.1% 감소했다.
이번 기술은 발전소와 제철소, 시멘트·석유화학 공장 등 CO₂를 많이 배출하는 산업 현장에 적용할 수 있다. 재생에너지와 연계하면 기존 화석연료 기반 포름산 생산공정을 저탄소 전기화학 공정으로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
원다혜 박사는 “기체 제품 중심이던 CO₂ 동시 포집·전환 기술을 액체 화학제품으로까지 확장하는 계기가 될 것으로 기대한다”고 밝혔고, 이웅 박사는 “향후 실제 산업 배출가스를 활용한 공정 검증과 반응기 규모 확대, 장기간 연속운전 실증을 통해 산업 적용 가능성을 높여 나가겠다”고 말했다.
이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 줄에 4월 온라인 게재됐고, 8월 표지 논문으로 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
