온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 화학물질 '포름산'으로 바꿀 수 있는 시스템이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 조승호 교수와 에너지화학공학과 권영국·이재성 교수팀은 이산화탄소를 '포름산'으로 전환할 수 있는 초저전압 전기화학시스템을 개발했다고 12일 밝혔다. 이 시스템은 '포름산' 생산량을 3배 가까이 늘리는데 반해 전력소모를 종전보다 4분의 1로 절감할 수 있다.
이산화탄소에 전기를 가해 포름산으로 바꾸면 온실가스를 줄이면서 고부가가치 물질을 생산하는 1석 2조의 효과를 거둘 수 있다. 하지만 기존 시스템의 경우 포름산이 아닌 '산소' 생산에 전체 전기의 50~70%가 소비됐으며, 2볼트(V) 수준의 높은 구동 전압을 필요로 했다. 전기화학 시스템의 균형을 맞추기 위해서는 목표물(포름산)을 생산하는 반응뿐 아니라 '짝반응'이라는 화학반응이 시스템 안에서 일어나는데, 기존 시스템의 경우 산소 발생 반응을 짝반응으로 쓴다.
연구팀은 문제의 산소 발생 짝반응을 포름알데히드 산화 반응으로 바꿔, 시스템 구동 전압을 4분의 1 수준으로 낮추고, 전체 시스템의 생산량도 3배 가까이 늘렸다. 포름알데히드가 산화되면서 포름산이 만들어졌기 때문이기에, 짝반응으로도 '산소'가 아닌 목표물인 포름산을 생산할 수 있게 되며 전체적인 생산량이 늘어나게 된 것이다.
포름알데히드 산화반응은 이산화탄소 전환 반응외에도 무동력으로 과산화수소, 암모니아, 수소를 생산하는 친환경 전기화학시스템의 짝반응으로 쓸 수 있다. 연구진은 실제로 이와 같은 무동력 시스템을 만들어 과산화수소, 암모니아, 수소 역시 생산해냈다.
조승호 교수는 "이산화탄소 전환 기술의 가장 큰 비효율을 없애고, 한정된 전기에너지를 최대한 활용할 수 있는 기술"이라며 "이산화탄소 전환 외에도 다양한 친환경 화학공정 기술에 쓸 수 있는 만큼 환경 문제와 자원 순환 문제 해결에 기여할 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 화학분야 국제학술지인 '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie International Edition)'에 지난 10월 1일자 온라인 공개됐으며, 표지논문으로도 선정돼 정식 출판을 앞두고 있다.
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