이산화탄소 분해효율 30% 높인 친환경 촉매 개발

이산화탄소 분해효율 30% 높인 친환경 촉매 개발
KIST 장종현·박현서 박사팀 "효율은 ↑, 소재·공정 비용은 ↓"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 온실가스인 이산화탄소(CO₂)를 분해하는 효율이 기존 촉매보다 30% 높고 내구성은 20% 이상 향상된 환경친화적 촉매 제조기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 장종현·박현서 박사팀은 25일 CO₂를 제거할 때 사용되는 전기분해법(환원)에서 촉매로 사용되는 금(Au) 입자의 표면에 고분자물질을 코팅하는 방법으로 촉매의 활성과 선택성, 내구성을 획기적으로 높이는 데 성공했다고 밝혔다.

대표적인 온실가스인 CO₂를 줄이는 기술을 개발하는 것은 지구 전체의 과제가 되고 있다. 특히 전기화학적 방법으로 CO₂를 분해해 산업적으로 활용할 수 있는 일산화탄소(CO) 등으로 전환하는 기술을 친환경적 기술로 주목받고 있다.
현재 CO₂를 전기화학적으로 분해하는 반응 촉매로는 금, 은(Ag) 등의 나노입자가 사용되는데, 상업적 경쟁력을 가지려면 소재와 제조 공정 측면에서 비용을 절감하는 동시에 성능을 높이는 기술 개발이 필요하다.
장종현·박현서 박사팀은 이 연구에서 고분자물질 '폴리에틸렌글리콜'(PEG)로 코팅된 금 나노입자를 이용해 촉매를 제조하면 촉매의 CO₂전환 반응 활성과 안전성이 기존 금 입자 촉매보다 크게 향상된다는 사실을 확인했다.

PEG가 코팅된 금 나노입자 촉매는 기존 금 입자 촉매보다 CO₂전환 반응 활성과 선택성이 약 30%, 촉매 내구성도 약 20% 이상 증가한 것으로 나타났다.
연구진은 금 입자 표면에 코팅된 PEG가 촉매 보호막 역할을 하는 동시에 CO₂가 잘 흡착되도록 해 금 입자의 반응성과 내구성을 높이는 것으로 나타났다고 설명했다.
특히 자체 개발한 고분자 용액을 이용한 '액체 스퍼터링 공정'은 고분자가 코팅된 금 입자 생산을 쉽게 해 앞으로 상업적인 촉매 제조와 경제적인 온실가스 저감 기술 개발에 토대가 될 수 있다고 연구진은 전망했다.
장종현 박사는 "이번에 개발한 촉매 기술은 활성과 내구성이 우수하고 양산화 추진도 용이한 환경친화적 기술"이라며 "앞으로 CO₂전기분해 장치의 귀금속 촉매 사용량과 공정 비용 절감에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 촉매 분야 국제학술지 '응용 촉매반응 B : 환경'(Applied Catalysis B: Environmental)에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr
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