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KIST, 이산화탄소→플라스틱 원료 전환 고효율 촉매 개발

에틸렌 생성하는 저가의 고내구성 촉매 개발
고부가가치 화학원료 생산·온실가스 자원화 기술로 각광

  • 기사입력 : 2018년07월25일 11:57
  • 최종수정 : 2018년07월25일 12:01
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[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 이산화탄소를 사용하는 기술 개발이 중요한 가운데 전기화학적 이산화탄소 전환은 태양광과 같은 신재생에너지기술과 융합할 수 있어 주목받는다.

25일 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)에 따르면 KIST 청정에너지연구센터 민병권 센터장, 황윤정 박사 연구팀은 구리 금속 호일 위에 간단한 양극산화 방식을 적용해 이산화탄소를 에틸렌으로 선택적으로 전환하는 고 내구성 촉매를 개발하는 데 성공했다.

이번 연구결과(논문명 ‘Mixed Copper States in Anodized Cu Electrocatalyst for Stable and Selective Ethylene Production from CO2 Reduction')는 화학 분야 국제학술지인 미국화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 최신호에 게재됐다.

KIST 청정에너지연구센터의 민병권(왼쪽) 센터장, 황윤정(가운데) 책임연구원과 UST 과학기술연합대학원대학교 이시영(오른쪽) 학생연구원

이산화탄소와 물과 같은 풍부한 자연 원료로부터 고부가가치의 화학원료를 직접 생산할 수 있게 하는 이번 연구는 경제적 가치 창출뿐만 아니라 이산화탄소 저감에도 기여할 수 있어 기후 변화 대응의 핵심기술이 될 것으로 기대된다.

특히 KIST 연구진은 구리 기반의 나노 구조 촉매를 개발해 에틸렌 생성의 선택성과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 방안을 제시해 온실가스 자원화의 새로운 가능성을 선보였다.

에틸렌은 대표적인 플라스틱 소재인 폴리에틸렌 제조를 비롯해 다양한 화학제품 생산에 필요한 중요한 화학원료 물질이다. 또 폭넓은 활용성으로 인해 전세계적으로 연간 1억4700만t(약 1217억 달러, 2016년 기준)에 달하는 거대 시장 규모를 가진 고부가가치 화합물이다.

KIST 연구진은 구리 호일을 간단한 전기화학적 방법으로 산화시킴으로써 나노 와이어 구조의 구리 수산화물을 합성, 이를 이산화탄소 환원 촉매 전극으로 사용했다.

개발된 촉매는 40시간 이상 안정하게 효과적으로 에틸렌을 생성함을 확인하였고, 구리 촉매의 화학적 상태의 변화에 따라 에틸렌 생성의 선택도가 영향을 받는 것을 규명했다.

개발된 촉매 전극은 기존 구리 금속 호일에 비해 에틸렌 생성 선택도는 2배 이상 증가시켰고, 부반응 물질로 나오는 메탄의 생성 선택도는 기존 대비 30분의 1 수준으로 억제하는 성능을 보여줬다.

이번 기술개발로 인해 향후 고성능, 고안정성 촉매의 설계에 큰 파급효과를 줄 것으로 기대된다.

황윤정 박사는 “이번 기술의 가장 큰 장점은 저가의 구리 촉매를 이용해 매우 간단하고 짧은 시간의 전기화학적 처리만으로도 월등히 향상된 촉매 전극을 제조할 수 있다는 점”이라고 연구의의를 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업(차세대탄소자원화 사업단) 및 KIST 기관고유 사업의 지원을 받았다.

 

kimys@newspim.com

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