화학뉴스

국내 연구진이 이산화탄소(CO2) 베이스 에탄올(Ethanol) 생산 효율을 대폭 개선했다.
성균관대학교 신소재공학부 백정민 교수 연구팀과 최재영 교수, 한국과학기술연구원(KIST)의 오형석 박사, 이동기 박사 연구팀은 이산화탄소를 활용해 에탄올을 생산할 때 낮은 전압에서 높은 패러데이 효율을 보이는 전기화학 촉매를 개발했다.
전기화학적 이산화탄소 환원반응(CO2 RR)은 다른 고온에서의 비균일 촉매반응과 비교해 수액상에서 이산화탄소를 연료로 변환하는 이점을 갖고 있어 에탄올 및 아세테이트(Acetate) 등을 경제적 가치가 높게 생산할 수 있다.
특히, e-에탄올은 친환경적이고 지속가능한 연료 솔루션으로 주목받고 있어 폭발적인 수요 증가가 예상되고 이산화탄소 배출 감축 효과도 큰 것으로 주목된다.
하지만, 다양한 촉매 개발에도 불구하고 탄소-탄소 결합에 대한 높은 에너지 장벽과 에틸렌(Ethylene)에 대한 높은 선택성 등으로 낮은 패러데이 효율을 보이고, 구리 소재의 불안정성으로 내구성 또한 낮았다.
백정민 교수 연구팀은 한계를 돌파하고자 구리-아민(Cu-도파민) 복합체와 저온(섭씨 160도) 수열합성 전략을 이용하여 카본 양자점에 원자 단위로 분산된 독립 구리 원자를 함유하는 촉매를 합성하는 방법을 개발했고 낮은 전압(0.2V)에서 높은 패러데이 효율(80% 이상)과 안정성을 확보했다.
일반적으로 구리 금속과 유기 전구체를 혼합한 후 400-1000도 고온에서 탄화공정을 거치나 신규 촉매는 160도의 낮은 온도에서 합성돼 가격 경쟁력이 매우 우수하고 촉매 내부의 금속 고정 리간드를 안정화시키는 새로운 전략으로 기존 촉매보다 높은 구리 함량을 얻을 수 있다.
성균관대 백정민 교수는 “다양한 금속 및 카본 전구체를 활용해 안정적으로 에탄올 생산량을 증가시키는 연구를 진행하고 실증실험을 통해 적용 가능성을 점검할 예정”이라고 강조했다. (강)