아주대, 이산화탄소 전환효율 향상 촉매 개발

[이데일리 신하영 기자] 아주대 연구진이 이산화탄소 전환 효율을 크게 높이는 기술을 개발했다.

사진=아주대 제공

아주대는 이준우(사진) 응용화학생명공학과 교수팀이 국제 공동 연구에서 이런 성과를 얻었다고 4일 밝혔다. 이번 연구에는 예일대·토론토대 연구팀이 참여했으며 연구 결과는 국제 저명 학술지(Journal of the American Chemical Society) 9월호에 게재됐다.

최근 기후 변화와 탄소 중립에 대한 관심이 커지면서 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 화합물로 바꿀 수 있는 전기화학적 전환 기술이 주목받고 있다. 탄소 저감과 에너지 전환이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있어서다.

현재 CO2의 전기화학적 전환은 전극에 전류를 가해 이산화탄소를 분해하고, 이를 고부가가치 화합물로 전환하는 방식으로 이뤄진다. 이 과정에는 주로 구리 기반의 촉매가 사용되며, 이산화탄소를 에틸렌 같은 C2+ 물질로 변환한다. 변환된 화합물은 포장재·가전제품·의료용품·건축자재 등으로 활용되거나 에틸렌글리콜·스티렌·폴리염화비닐(PVC) 등 기초 소재로도 쓰인다.

다만 촉매의 낮은 내구성과 불안정성으로 인해 장시간 높은 효율을 유지할 수 없다는 것이 한계로 지적된다. 또한 저밀도의 이산화탄소 전환 활성 부위로 원하는 C2+ 물질의 선택성이 충분히 높지 않다는 점도 문제다. 전환 과정에서 반응하는 촉매의 전환 활성 부위가 적어 이산화탄소 전환 시 C₂+ 물질 대신 다양한 부산물이 함께 생성되는 탓이다.

이에 아주대 공동 연구팀은 산성 환경에서도 안정적 촉매를 개발하기 위해 노력해왔다. 그 결과 연구팀이 개발한 촉매는 산성 조건에서 구리 이온이 빠져나가면서 C2+ 활성 부위가 비활성화되는 기존 문제점을 해결한 것으로 나타났다.

이번 연구는 한국연구재단 세종과학펠로우십과 아주대 교내 연구비 지원을 받아 수행됐다. 이준우 아주대 교수는 “이번 연구는 산성 환경에서 이산화탄소 전환 반응을 효율적으로 촉진할 수 있는 새로운 촉매를 개발해 냈다는 점에서 큰 의의가 있다”고 평가했다.

이 교수는 이어 “낮은 전류에서도 높은 선택성과 에너지 효율을 달성함으로써 이산화탄소 전기환원 기술의 상업화를 위한 기술적 한계 극복에 중요한 진전이 될 것”이라며 “탄소 배출을 줄이면서 고부가가치 화학물질을 생산할 수 있는 기술로 발전돼 석유화학산업 전반에서 탄소 중립 실현과 부가가치 창출에 중요 역할을 할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.