국내 연구진이 기후 변화의 주원인인 이산화탄소를 실생활에 사용할 수 있는 자원으로 변환하는 고효율 촉매 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원(이하 에너지연구원) 연구팀은 최근 이산화탄소를 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학제품의 소재가 되는 물질인 일산화탄소로 전환하는 고효율 니켈 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.

기존에 이산화탄소를 일산화탄소로 변환시키는 기술은 개발된 바 있으나, 고가의 광물인 은 나노입자 촉매를 사용하기에 가격 경쟁력 측면에서 부적합하다는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 은 촉매보다 30배 더 적은 금속 함유량으로 일산화탄소 생산 속도를 최대 7배 높인 니켈 단일원자 촉매를 개발했다.

이는 니켈 원자를 질소 원자와 결합한 후 얇은 탄소 나노 튜브 위에 분산시킴으로써 높은 반응성을 끌어냈기 때문이다. 

연구팀은 질소 원자가 니켈과 같은 전이 금속의 화학적 흡착을 증가시켜 전체적인 일산화탄소 촉매 반응 속도를 높였다고 전했다.

탄소 나노 튜브 위에 니켈을 분산시킨 이산화탄소 촉매 [한국에너지기술연구원 제공]

또 본래 단일원자 촉매 합성은 열처리와 산 처리 등 여러 복잡한 과정이 필요하나, 이번에 연구팀이 개발한 촉매는 생산 공정을 열처리 하나로 줄여 대량생산에도 장점이 있다.

연구팀은 해당 촉매를 상용 음이온 교환막에 적용해 실험한 결과 100mA/㎠ 조건에서 70시간 동안 98%의 높은 선택도와 안정성을 유지하는 높은 성능을 보였다고 밝혔다.

연구팀 관계자는 "이산화탄소를 효율적·안정적으로 전환해 일산화탄소를 생산할 수 있는 핵심 소재 원천기술을 확보했다"라고 말했다.

이어 "앞으로 저가 단일원자 촉매 기반 막전극접합체와 셀 개발이 완성돼 산업체에 이전되면 이산화탄소를 애물단지에서 보물단지로 바꿀 수 있을 것으로 기대한다"라고 덧붙였다.