화학뉴스

국내 연구진이 이산화탄소(CO2)로 에틸렌(Ethylene)을 제조할 수 있는 고효율 나노 구리 촉매를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 오형석·황윤정·이웅희 박사 연구팀은 전기화학적 이산화탄소 전환시스템에서 고효율로 에틸렌과 에탄올(Ethanol)을 얻을 수 있는 성게 모양의 구리 나노촉매 전극을 제작하고 대량생산을 위한 시스템을 개발했다고 밝혔다.
이산화탄소 전환시스템은 온실가스인 이산화탄소를 모아 에틸렌 등 유용한 화합물로 바꾸는 장치이나 현재 진행되고 있는 연구는 대부분 실험실 스케일이고 산업에 적용하려면 대용량화와 적합한 고효율 촉매, 전극 개발 등 해결해야 할 과제가 많은 것으로 판단된다.
연구팀은 성게처럼 바늘이 불규칙하게 난 구리 나노 입자를 수산화칼륨(KOH)에 결합해 에틸렌 생산효율이 높은 나노 구리 촉매를 개발했고 여러 층으로 쌓은 대량생산 시스템을 제작해 실용화 가능성을 확인했다.
개발 촉매는 구리 입자에 성게처럼 바늘이 불규칙적으로 나있어 바늘의 뾰족한 부분에서 이산화탄소 전환 촉매 활성도가 높아지는 것으로 알려졌다.
연구팀이 개발 촉매를 3개 층으로 쌓고 10평방미터 대용량으로 제작해 실험한 결과 기존 구리 촉매보다 더 낮은 전압에서도 에틸렌 생성 선택도가 높아 에틸렌 생산량이 50% 이상 증가하는 것으로 나타났다.
전체 생성물 가운데 에틸렌 비율이 54.5%였고 에탄올과 아세테이트 등 탄소 2개로 이루어진 화합물이 전체의 80% 이상을 차지했다.
연구진은 반응 중인 촉매의 화학적 특성을 분석해 개발 촉매에 첨가된 염기성 물질로 수산화구리와 산화구리 성분이 많아지면서 이산화탄소 전환 효율이 높아진다는 사실을 확인했다.
오형석 박사는 “대면적화가 가능한 염기성 물질이 첨가된 나노 구리 촉매 전극을 개발해 전기화학적 이산화탄소 전환시스템의 성능을 개선했다”며 “앞으로 이산화탄소 전환 효율을 실용화 가능한 수준으로 높이는 후속 연구를 진행할 계획”이라고 강조했다.
연구 결과는 에너지 환경 국제학술지 나노 에너지(Nano Energy) 최신호에 게재됐다. (강윤화 선임기자)