국내 연구진이 지구온난화 주범인 이산화탄소를 고부가가치 화학물질인 포름산으로 전환하는 생산 시스템을 개발했다.
UNIST(울산과학기술원)은 신소재공학과 조승호 교수와 에너지화학공학과 권영국·이재성 교수팀이 이산화탄소를 포름산으로 바꾸는 초저전압 전기화학시스템을 개발했다고 12일 밝혔다.
이산화탄소에 전기를 가해 포름산으로 바꾸면 온실가스를 줄이면서 고부가가치 물질을 생산할 수 있다. 하지만 막대한 전력이 낭비된다.
이는 짝반응인 '산소 발생 반응'의 비효율성 때문.
이산화탄소로 포름산을 만드는 반응시스템에서는 짝반응을 통해 산소가 나온다. 이 산소 생산에 전체 전력의 70~90%가 쓰이고 시스템 구동 전압이 2V(볼트)까지 올라가게 된다.
UNIST 연구팀은 이처럼 문제가 되는 산소 발생 짝반응에 주목했다.
포름알데히드 산화(FOR) 짝반응으로 대체한 시스템을 개발한 것.
이 시스템은 0.5 V의 낮은 전압에서도 양쪽 전극에서 높은 효율(음극 96.1%, 양극 82.1%)로 포름산을 생산할 수 있다.
시스템 구동 전압이 1/4 수준으로 낮아지면 전력 소모도 그만큼 줄어든다.
또 포름산 총생산 속도는 0.39 mmol/cm²·h를 기록했다.
이는 기존 시스템보다 3배 가까이 많은 양이다. 포름알데히드 산화 반응을 짝반응으로 쓰면 짝반응 전극에서도 산소가 아닌 포름산이 만들어진다.
새 촉매를 이용한 포름알데히드 산화 반응은 암모니아와 과산화수소, 수소를 전기 없이 만드는 친환경 자가구동 시스템 개발에도 쓸 수 있다.
실제 포름알데히드 산화 반응을 질산염 환원 반응, 산소 환원 반응, 수소 발생 반응과 각각 결합해 암모니아, 과산화수소, 수소를 생산했다.
조승호 교수는 "이번 기술은 이산화탄소 전환 기술에서 문제가 도는 비효율성을 없애고 한정된 전기에너지를 최대한 활용할 수 있다"고 했다.
이어 "이산화탄소 전환 외에도 다양한 친환경 화학 공정 기술에 쓸 수 있는 만큼, 환경 · 자원 순환 문제 해결에 기여할 것"이라고 덧붙였다.
이번 연구에는 신소재공학과 김효석 연구원, 장원식 박사, 이진호 박사, 에너지화학공학과 이호정 연구원이 제1저자로 참여했다.
연구 결과는 종합화학 분야의 저명 국제 학술지 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 10월 1일 자로 온라인 공개됐다.