온실가스 주범 CO2를 CO로 전환, 전기화학 촉매 기술 독자 개발
이번 연구 성과는 지난 9월 18일 환경분야 최상위 학술지인 '응용촉매 B: 환경(Applied Catalysis B: Environmental)'에 온라인 게재됐다.
전기화학적 전환 기술은 전기를 이용해 온실가스인 이산화탄소를 일산화탄소 등의 유용한 탄소화합물로 바꾸는 기술로 온실가스 감축을 위한 수단으로 주목받고 있다. 일산화탄소는 초산, 플라스틱을 비롯한 다양한 화학제품을 생산하거나 합성 연료유, 메탄올과 같은 대체 연료를 생산하는데 필요한 원료 물질이다.
업계에서는 이산화탄소 전기화학적 전환에 높은 활성을 보이는 금·은과 같은 귀금속 촉매를 값이 싼 철·니켈 등으로 대체하고, 이를 원자 수준으로 조절해 성능을 개선해 나가는 연구들이 진행되고 있다.
기존 촉매가 수백개의 원자가 뭉쳐져 있는 형태였다면 원자를 하나하나 분리해 만든 단원자 촉매가 활성을 더욱 높이는 최신 촉매 기술이다. SK이노베이션 환경과학기술원 연구팀은 이에 더해 서로 다른 두 개의 원자를 하나씩 붙여 만든 이원자 형태의 촉매로 더 큰 성능 개선을 이뤄낸 것이 이번 연구의 핵심이다.
연구팀은 니켈과 망간을 원자 하나씩 붙인 형태로 촉매를 제조할 경우 촉매 활성에 시너지 효과가 발생하는 것에 착안해 이산화탄소 분해에 사용되는 에너지를 줄임과 동시에 98% 이상 일산화탄소로 전환하는 촉매 기술을 개발했다. 이는 현재까지 논문으로 보고된 수치 중 최상위 결과값에 속한다.
SK이노베이션은 차세대 촉매 개발 역량 확보 외에도 외부 전문기관과의 협력을 통해 전기 화학 반응기 규모를 확대하고, 양산 가능한 기술도 추가로 확보해 탄소 중립에 기여한다는 목표다.
이성준 환경과학기술원장은 "이번 연구 성과는 수십년에 걸친 에너지·화학 연구·개발 과정에서 축적된 촉매 역량이 탄소 저감 기술 개발에 접목된 사례”라며 “탄소 중립 기술 개발을 위해 촉매·공정·합성 등 SK 연구·개발(R&D) 핵심 역량을 심화해 적용해 나갈 것”이라고 말했다.
안옥희 기자 ahnoh05@hankyung.com
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