화학뉴스

국내 연구진이 이산화탄소(CO2)를 에틸렌(Ethylene)으로 바꾸는 고효율 전환촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 민병권, 황윤정 박사 연구팀이 구리 금속호일 위에 간단한 양극산화 방식을 적용함으로써 이산화탄소를 에틸렌으로 선택적 전환하는 고내구성 촉매를 개발했다고 7월25일 밝혔다.
구리 기반의 나노 구조 촉매를 개발해 에틸렌 생성의 선택성과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 방안을 제시함에 따라 온실가스 자원화의 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가되고 있다.
전기화학적으로 이산화탄소를 직접 전환해 에틸렌을 생산하는 기술은 아직 세계적으로 초기단계에 있으며 고성능 촉매 소재의 부재로 인해 원천소재 기술 확보를 위한 연구개발(R&D)이 활발히 이루어지고 있다.
전기화학적으로 이산화탄소를 전환해 에틸렌을 생성하는 반응은 일반적으로 구리 촉매를 이용하는데 기존에는 에틸렌 생성물의 선택도와 선택도를 유지하는 안정성 면에서 큰 한계가 있었으며 부반응물인 수소나 메탄 기체가 경쟁적으로 생성돼 에틸렌만을 선택적으로 생성할 수 있는 고효율 촉매 기술 개발이 절실한 상황이었다.
KIST 연구진은 구리 호일을 간단한 전기화학적 방법으로 산화시킴으로써 나노와이어 구조의 구리 수산화물을 합성했고 이산화탄소 환원 촉매 전극으로 사용했다.
개발된 촉매 전극은 기존 구리 금속호일에 비해 에틸렌 생성 선택도는 2배 이상 증가했고 부반응 물질로 나오는 메탄의 생성 선택도는 기존 대비 30분의 1 수준으로 억제하는 성능을 나타냈다.
또 기존에 보고된 구리기반 촉매가 1-2시간 수준의 촉매 안정성을 보여주는 것에 비해 KIST 연구진이 개발한 촉매는 20배 이상 증가된 안정성을 확보하고 있다.
KIST는 해당 기술 개발이 향후 고성능, 고안정성 촉매 설계에 큰 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.
황윤정 KIST 박사는 “신기술의 가장 큰 장점은 저가의 구리 촉매를 이용해 매우 간단하고 짧은 시간의 전기화학적 처리만으로도 월등히 향상된 촉매 전극을 제조할 수 있다는 점”이라며 “향후 이산화탄소 전환 고부가가치 에틸렌 생산 기술의 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 강조했다. 
해당 연구는 과학기술정보통신부의 기후변화대응기술개발사업 및 KIST 기관고유 사업으로 수행됐으며 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지인 미국화학학회지(JACS) 최신호에 게재됐다. <강윤화 기자>