이산화탄소를 이차전지 핵심소재로 활용할 수 있는 고품질 나노탄소로 전환하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국생산기술연구원(KITECH) 김정필·양정훈 탄소경량소재그룹 선임연구원 연구팀은 이산화탄소를 고품질 나노탄소로 전환하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 나노탄소는 탄소원자가 나노미터(nm) 단위 구조로 배열된 소재로 이차전지 핵심소재 등으로 활용될 수 있다.
이산화탄소를 산업용 소재로 전환하기 위해서는 많은 양의 에너지와 촉매 그리고 수소가 필요한데 아직은 경제성이 떨어지는 수준이다. 일례로 이산화탄소 전환으로 생산할 수 있는 알코올은 1㎏당 3000원 수준에 그쳐 값비싼 공정비용 대비 경제성이 떨어진다.
이에 연구진은 이산화탄소 전환 소재 가운데 가장 경제성 높은 '단일벽 탄소나노튜브'(SWCNTS)에 주목했다. 단일벽 탄소나노튜브는 한 겹의 탄소결합 시트가 원통형으로 말린 형태로, 반도체 및 이차전지의 핵심소재로 사용된다. 또 1㎏당 수백만원 상당의 가격에도 불구하고 최근 수요가 급증하고 있는 추세다.
연구진은 이산화탄소를 수소와 반응시켜 산소를 빼내고 이를 통해 생성된 메탄(CH4)을 독자적인 열분해 방식으로 고품질 '나노탄소'를 제조하는데 성공했다. 연구진은 열화학촉매 반응기 내의 가스 조성을 분석해 기존에는 튜브 형태로만 만들 수 있던 나노탄소를 다양한 형태로 전환하는 기술을 확보했다. 연구진은 현재 해당 소재를 반도체 및 이차전지 등에 가장 적합한 형태로 구성해 경제성을 높이는 후속 연구를 진행 중이다.
김정필 수석연구원은 "세계 최초로 이차전지의 핵심 소재인 고품질 나노탄소로 전환할 수 있는 공정기술을 확보했다"며 "나노탄소 소재 상용화를 통해 이산화탄소를 줄이면서, 동시에 부가가치를 창출할 수 있는 후속 연구를 추진할 계획"이라고 말했다.
이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스'와 화학공학 분야 국제학술지 '에너지 및 연료'에 게재됐다.
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