대표적 온실가스 ‘이산화탄소’, 고부가 화학연료로 재탄생

KIST, 전기로 직접 전환하는 통합 공정 개발 98% 고순도 포름산 생산...주석-구리 촉매 생성율 높여 공장과 발전소 등 산업 현장에서 배출되는 이산화탄소를 포집해 고부가가치 화학원료로 전환할 수 있는 공정 기술이 개발됐다. 앞으로 발전소와 제철소, 시멘트, 석유화학 공장 등 이산화탄소 다배출 산업 현장에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 한국과학기술연구원(KIST)은 원다혜·이웅 박사 연구팀이 이찬우 국민대 교수팀과 공동으로 이산화탄소를 별도의 분리·정제·압축 과정 없이 전기화학적으로 직접 전환해 '고순도 포름산'을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 9일 밝혔다. 갈수록 심각해지는 기후위기에 대응하기 위해선 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 줄임과 동시에 배출된 이산화탄소를 다시 활용해 유용한 화학제품으로 바꾸는 기술이 필요하다. 하지만 기존 탄소 전환·활용(CCU) 기술은 포집액에 들어있는 이산화탄소를 다시 기체로 분리하고, 높은 순도로 정제한 뒤 압축해야 한다. 이 과정에서 많은 에너지와 비용이 들어 기술 상용화의 걸림돌이 되고 있다. 최근에는 포집된 이산화탄소를 포집액에서 꺼내지 않고 바로 전환하는 '동시 포집·전환' 기술이 연구되고 있으나, 대부분 일산화탄소 등 기체 제품 생산에 집중돼 왔다. 액체 화학제품을 고순도로 생산하는 데는 한계가 있었다. 연구팀은 이산화탄소 포집과 전기화학적 전환, 포름산 정제를 하나로 연결한 통합 공정을 개발했다. 먼저 트리에틸아민을 사용해 이산화탄소를 물에 녹아 있는 중탄산염 형태로 포집한 뒤 별도의 분리·정제·압축 과정 없이 포집액을 전기화학 반응기에 직접 공급했다. 이어 자체 개발한 주석과 구리 촉매를 적용해 포집된 이산화탄소의 94%를 포름산염으로 전환하는 데 성공했다. 또 100시간 이상 안정적으로 반응을 유지하며 포름산염 농도를 2.62몰까지 높였고, 실시간 라만 분광 분석으로 주석-구리 촉매가 이산화탄소 반응을 촉진하고, 포름산염 생성을 높이는 원리를 규명했다. 포름산은 가죽과 의약품 등에 널리 활용되는 기초 화학물질로, 현재는 대부분 화석연료 기반 공정으로 생산되고 있다. 연구팀은 포름산염과 포집제를 분리하는 공정도 개발해 최대 98%의 고순도 포름산을 생산했으며, 포집제는 회수해 다시 사용해 기존 포름산 대비 생산비용을 절반 수준으로 낮췄다. 온실가스도 기존 공정보다 31.1% 감소한 것으로 나타났다고 연구팀은 설명했다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr