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수계(Aqueous)는 물 기반의 전해질을 사용했다는 의미로 이 시스템에서는 물에 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등을 미량 녹여 전해질로 사용한다.
이 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용해 작동하는 일종의 전지다. 전기화학 반응 과정에서 기후변화의 주범인 이산화탄소는 제거되고 전기와 수소가 만들어지는 방식이다.
김 교수는 “이미 실증 수준에서 연구가 완료된 만큼 1년 내 상용화가 가능할 것으로 보고 있다”며 “이를 위해 현재 대기업 몇 곳과 협의를 진행하고 있다”고 말했다. 이어 그는 “주로 탄소 배출 허용치를 초과하고 있는 기업들이 수요기업이 될 것”이라고 전망했다.
지구온난화 등 기후변화 문제가 심각해짐에 따라 이산화탄소를 저감하기 위해 전세계적으로 이산화탄소를 포집·활용·저장하는 기술(CCUS) 개발이 활발히 진행되고 있다.
하지만 기체상태의 이산화탄소는 화학적으로 매우 안정적인 상태라 그 결합을 끊고 다른 물질로 변환하기 어려워 세계 각국은 효율적으로 이산화탄소를 전환하기 위한 연구에 집중하는 상황이다.
이번 연구는 이산화탄소를 물에 녹이면 손쉽게 다른 물질로 전환할 수 있다는 점에 착안했다. 이산화탄소가 물에 녹게 되면 그 물은 수소이온(H+)이 많아져 산성을 띠는 물이 되고 전자(electron)들이 이동하면서 전기 에너지가 만들어지는 것이다.
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전기가 만들어지는 과정에서 이산화탄소는 다른 물질(탄산수소칼륨)로 변환되는데 이 때 전환 효율은 57% 혹은 그 이상이 된다. 또 그 과정에서 수소도 생산되기 때문에 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.
앞서 지난해 연구진이 공개한 ‘나트륨 금속-이산화탄소 시스템(Hybrid Na-CO₂system)’보다 효율성과 안전성이 크게 향상됐다는 평가다. 기존보다 저렴한 전극(금속)과 분리막으로 바꿔 가격을 낮췄을 뿐만 아니라 폭발위험이 없어 안전하며 전기 출력과 수소 생산 속도도 크게 높아졌다.
이 연구 결과는 과기정통부 기후변화 대응 기술 개발사업의 ‘Korea CCS 2020’ 사업의 지원을 받아 수행됐으며 국제적인 학술지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie)에 게재됐다.
