화력발전소 등에서 발생하는 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술의 상용화를 앞당길 수 있는 촉매 기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 오형석·이웅희 박사 연구팀이 황규원 박사팀, 노태근 LG화학 박사 연구팀(사진)과 함께 이산화탄소 포집 장치에서 발생하는 전해질 범람을 억제할 수 있는 '소수성 은(銀) 나노 촉매'를 개발했다고 14일 밝혔다.
전해질은 CCUS 기술에서 전기화학 반응을 촉진하는 중요한 매개체로, 이산화탄소 전환 반응 속도와 효율성에 영향을 주는 핵심 요소다. 하지만 이산화탄소 전해장치의 환원 전극에서 전해질이 과도하게 흐르는 전해질 범람 현상으로 이산화탄소 전극 촉매층에 전달되는 것을 방해해 CCUS 기술의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.
연구팀은 7나노미터 크기의 정이십면체 구조의 은 나노입자 표면에 지질 유기물을 결합해 물 분자와 쉽게 결합하지 않는 소수성을 지니면서 주변 반응을 제어하는 새로운 은 촉매를 개발했다. 이 촉매는 기존 단위 면적당 0.3㎎의 적은 양으로 높은 이산화탄소 전환을 유지한다.
아울러, 균일한 소수성을 지녀 전극 표면에 물이 과도하게 축적되는 것을 방지해 전해질 범람을 막아 과전압 조건에서도 이산화탄소 전환 성능을 유지하고 내구성을 높일 수 있다.
연구팀은 3.4볼트의 전압 조건에서 기존 촉매는 약 81.5%의 일산화탄소에 대한 선택도와 12시간의 성능 유지를 보였지만, 개발한 촉매는 95.5%의 선택도와 50시간 이상의 성능을 유지했다고 설명했다.
연구팀은 석유화학 공정 등 대규모 생산시설에 적용하기 위해 전기화학적 이산화탄소 전환 실증 시스템에 적용하기 위한 연구를 수행할 예정이다.
오형석 KIST 박사는 "적은 촉매량으로 장기간 전기화학적 이산화탄소 전환이 가능하다는 것을 보여준 연구결과로, LG화학과 함께 실증과 상용화를 위해 노력하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(지난 4월)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
전해질 범람을 막아 전기화학적 이산화탄소 전환 성능을 높이는 소수성 은 촉매를 개발한 KIST 연구팀. KIST 제공
한국과학기술연구원은 이산화탄소 포집 장치에서 발생하는 전해질 범람을 막을 수 있는 은 나노 촉매를 개발했다. 사진은 기존 은 촉매와 새로 합성한 은 촉매의 범람 정도 비교 모식도. KIST 제공
