한국에너지기술연구원은 박기태 박사 연구팀이 온실가스인 이산화탄소를 에틸렌, 합성가스, 일산화탄소, 개미산 등 유용한 화합물로 전환하는 효율을 2배 이상 높일 수 있는 '전기화학적 이산화탄소 전환 기술'을 개발했다고 27일 밝혔다.
전기화학적 이산화탄소 전환 기술은 물과 전기에너지를 이용해 이산화탄소를 화학 원료로 바꾸는 탄소중립 핵심 기술이다.
전환 반응에 필요한 에너지를 줄이기 위해 기체인 이산화탄소를 전해액에 녹여 사용하는데, 전해액에 녹일 수 있는 이산화탄소의 양(용해도)이 너무 적어 생산성이 낮다는 한계가 있다.
최근 기체 상태의 이산화탄소를 전해액과 맞닿아있는 촉매 층으로 직접 공급하는 '기체확산 전극'에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 이 역시 전해액이 필요하다.
연구팀은 수증기를 이용해 전해액을 대체함으로써 전해액 사용에 따른 제조 비용을 획기적으로 낮췄다.
수증기가 촉매의 표면에 맺혀 얇은 액체막을 만들고 여기에 기체 상태의 이산화탄소가 연속적으로 녹아 들어가 빠르고 효과적으로 반응을 일으킬 수 있다.
연구팀은 이번에 개발한 기술을 일산화탄소 생산 공정에 적용해 같은 전압 조건에서 기존 전해액 사용 기술 대비 생산성을 2배 이상 높였다.
낮은 이산화탄소 용해도 문제를 해결하고 전기 저항으로 작용하는 전해액 층을 제거해 93%의 높은 '패러데이 효율'(반응에 사용된 전체 전류 중 실제 유용한 제품을 생산하는 데 사용된 비율)을 달성했다.
제품을 생산하는 데 드는 전력을 30% 이상 줄일 수 있으며, 전해액뿐만 아니라 전해액 사용에 따른 장치·운전 비용까지 줄임으로써 제품의 생산 단가를 절반 이하로 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이번에 개발한 기술을 플랜트 엔지니어링 전문기업 '성광이엔텍'에 이전했다.
박기태 박사는 "이산화탄소 포집 플랜트와 연계해 소형 파일럿 실증 연구를 진행하고 있으며, 2025년까지 하루 1t의 이산화탄소를 처리할 수 있는 규모로 확대할 계획"이라고 말했다.
