'환경영향물질→활용 유기화합물' 전환 기술 개발

김민준 기자 / 기사승인 : 2021-10-26 10:18:03
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이재영 교수 "맞춤형 합성가스 생산 가능성 제시"
▲ 이유진 석사과정생, 정선기 박사, 최민준 박사과정생, 김진원·봉성율 박사, 이재영 교수 (사진= GIST 제공)

 

[메디컬투데이=김민준 기자] 이산화탄소와 암모니아를 제거하는 동시에 고활용 유기화합물로 전환하는 기술이 개발됐다.


광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 암모니아와 이산화탄소를 동시에 제거 및 변환할 수 있는 전해전환 공정을 개발해 화학제품의 원료나 전기 발전의 에너지원으로 사용 가능한 합성가스를 효율적으로 생산하는 기술을 발표했다고 26일 밝혔다.

이산화탄소의 전기화학적 전환은 상온·상압 조건에서 대기 중 온실가스를 감축함과 동시에 고부가가치인 탄화수소계 화합물로 전환할 수 있어 매우 각광받고 있다.

하지만 이산화탄소 전기화학적 전환에 필요한 이론적 구동 전압이 매우 높아 진정한 탄소중립 사회 구현을 위해 과도한 전력 소모량을 감소시켜 재생에너지와 연계하는 것이 요구되고 있다.

특히 기존 이산화탄소 전해공정은 이산화탄소 환원 공정이 이론전위가 높은 물 전기분해(1.23 V vs. RHE)와 짝반응을 이루는 구조로 구성돼 이산화탄소 전해공정에 필요한 총 소모전력이 매우 크다는 단점이 상용화에 가장 큰 걸림돌로 작용하고 있다.

이러한 가운데 연구팀이 기존 전력소모가 높은 물 전기분해 대신 상대적으로 소모전력이 낮은 암모니아의 전기화학적 산화반응(0.06 V vs. RHE)을 짝반응으로 구성하는 새로운 시도를 통해 총 소비전력을 낮추는 동시에 유해 암모니아와 이산화탄소를 고부가가치의 물질로 전환하는 데 성공한 것이다.

연구팀은 자체 제작한 near Zero-gap 을 사용해 암모니아-이산화탄소 동시 전해 공정으로 셀 구동 전압을 최대 34.04% 감소시켰으며, 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 포함하는 합성가스 생산이 가능한 에너지 절약형 탄소 연료 생산 공정을 새롭게 제시했다.

또한 생산하는 합성가스(Syngas, CO와 H2의 혼합가스)에서 투입한 암모니아의 농도와 인가 전류밀도에 따라 CO:H2의 비율을 선택적으로 조절할 수 있음을 증명했다.

이재영 교수는 “이번 연구 성과는 경제적이면서 기존 공정보다 더 친환경적인 새로운 탄소 연료 생산 공정과 다양한 분야에서 맞춤형 합성가스 생산 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다”면서 “향후 전극촉매의 확장과 대면적화를 통해 친환경 연료를 대량생산하여 고효율 연료 생산 공정의 확장을 기대한다”고 말했다.

 

메디컬투데이 김민준 기자(kmj6339@mdtoday.co.kr)

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