UNIST·KENETECH·KAIS 연구팀, 이산화탄소→에틸렌으로 바꾸는 전기화학 촉매 개발
최고 변환 효율·상용화 기준 뛰어넘는 전류밀도 기록…“친환경 에틸렌 생산 상용화 기대”

[연구진사진] (좌측 하단부터 반시계 방향) 이호정 연구원(제1저자), 권영국 교수, 시라즈 술탄 박사(제1저자), 윤아람 연구원(제1저자), 최한샘·공태훈 연구원. UINST 제공

[연구그림] 개발한 구리알루미늄 합금 촉매를 전자현미경 등으로 관찰 한 사진. (a)투과전자현미경(TEM) 이미지(삽화: CuO 나노입자), (b)CuO/Al2CuO4 사이 계면에 대한 저배율 고각 환형 암시야 주사투과전자현미경(HAADF-STEM) 이미지(왼쪽)와 확대 이미지(오른쪽). (c)Al2CuO4 영역(왼쪽)과 CuO 영역(오른쪽)에 대한 확대된 주사투과전자현미경 이미지(삽화: 각 영역에 대한 공-막대 모델, 파랑, 노랑, 빨간 공은 각각 구리, 알루미늄, 산소를 의미), (d)CuO/Al2CuO4 촉매에 대한 고각 환형 암시야 주사투과전자현미경 이미지와 구리, 알루미늄, 산소에 대한 성분 지도, 노란색 원은 CuO 나노입자를 의미, (e)CuO/Al2CuO4 촉매의 고각 환형 암시야 주사투과전자현미경 이미지와 그들의 에너지분산형 분광분석법 매핑(EDS mapping)(왼쪽)과 라인 스캔 프로파일(line-scan profiles)(오른쪽). UNIST 제공

울산과학기술원(UNIST)은 한국에너지공과대(KENTECH), 한국과학기술원(KAIST) 연구팀과 공동으로 석유 대신 이산화탄소로 에틸렌을 만드는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지화학공학과 권영국 교수 연구팀은 신소재공학과 이종훈 교수팀, KENTECH 김우열 교수팀, KAIST 김현준 교수팀과 함께 이산화탄소를 원료로 활용해 에틸렌을 생산하는 구리알루미늄 합금 촉매를 개발했다.

에틸렌은 플라스틱, 각종 건축 자재, 비닐, 합성 고무 등의 원료로 쓰여 '석유화학 산업의 쌀'로 불린다.

하지만 에틸렌은 석유나 천연가스를 고온·고압의 공정으로 정제해 생산되기 때문에 이 과정에서 많은 온실가스를 배출하게 된다.

연구팀이 개발한 촉매는 전극에 바른 뒤 전기를 흘려주면 표면에서 이산화탄소를 전기화학 반응을 통해 에틸렌으로 바뀌게 한다.

이 촉매는 현재까지 논문으로 보고된 촉매 중 최고 수준인 82.4% 전류효율을 기록했고, 기술의 상업화 경제성을 판단하는 전류 밀도 또한 평가 기준의 2배를 넘었다.

촉매 효율이 높을수록 부산물이 적게 생성됐다는 의미이며, 전류 밀도는 단위 시간당 생산할 수 있는 에틸렌의 양을 가늠할 수 있는 지표다.

촉매 합성은 구리와 알루미늄 원료를 동시에 침전시킨 후 열을 가해주기만 하면 돼 대량 생산이 쉽다고 연구팀은 설명했다.

권영국 교수는 "온실가스를 제거하는 동시에 에틸렌을 친환경적으로 생산할 수 있는 일거양득의 기술"이라며 "기술 경제성 평가 기준을 충족한 데다 촉매 합성 방법이 간단해 친환경 에틸렌 생산 기술의 상용화를 앞당기는 데 이바지할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science)에 3월 22일 자로 온라인 공개됐고, 정식 출판을 앞두고 있다.

송현수 기자 songh@busan.com