한국화학연구원은 이장용 박사 연구팀과 원다혜, 이웅 한국과학기술연구원 박사 연구팀이 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하기 위한 핵심 소재 성능과 내구성을 높였다고 24일 밝혔다.
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그 중 전기화학적 전환 공정은 에너지를 적게 소비하고 공정이 간단해 차세대 이산화탄소포집·활용(CCU) 기술로 주목받아 상용화 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
전기화학적 이산화탄소 전환 공정을 상용화하려면 공정을 이루는 음극 소재, 양극 소재, 음이온교환막 소재 성능이 모두 좋아야 한다. 그중 음이온교환막 소재는 기술적 난이도가 높아 연구개발이 더뎌 공정 상용화에 걸림돌이었다.
현재 연구용으로 쓰는 음이온교환막은 전량 해외 수입에 의존하는데, 열에 취약해 내구성이 떨어졌다. 이온전도가 낮아 성능도 좋지 않다.
연구팀은 분자량을 키우는 기술을 적용해 튼튼한 ‘폴리카바졸계’ 고분자 소재를 만들었다. 여기에 음이온이 잘 통과하는 화학적 특성을 부여해 성능과 내구성이 모두 좋은 전기화학적 이산화탄소 전환용 음이온교환막을 개발했다.
실험결과, 기존 소재가 열적 안정성이 낮아 상온에서만 구동하는 것과 달리, 신규 개발 소재는 60도의 구동 조건에서도 150시간 동안 안정적으로 작동했다.
해외 소재와 비교해도 2배 이상 높은 일산화탄소 생산 성능을 기록했다. 같은 조건에서 기존 소재를 적용하면 하루에 최대 약 1.6kg의 일산화탄소를 생산할 수 있다면 화학연 개발 소재를 공정에 적용하면 하루에 최대 약 3.6kg의 일산화탄소를 만들 수 있다.
신규 개발 소재와 기존 상용소재가 적용된 장치를 컴퓨터 시뮬레이션으로 각각 확인해 실제 실험 결과를 이론적으로 확인했다.
이영국 한국화학연구원 원장은 “선진국과의 에너지 분야 핵심 전해질 소재 기술 격차를 줄이고, 앞으로 유관 기업과 기술이전, 상용화를 추진해 차세대 CCU 혁신 기술 개발의 지렛대가 되기를 기대한다”고 했다.
연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS Energy Letters’ 4월호에 발표됐다.
