이산화탄소 녹여 '전기'랑 '수소' 얻는다…"1년 내 상용화 기대"

UNIST, '수계 금속-이산화탄소 시스템' 개발

수계금속-이산화탄소 시스템의 모습© 뉴스1

(서울=뉴스1) 최소망 기자 = 지구온난화 주범으로 꼽히는 '이산화탄소'를 물에 녹이는 동시에 '전기'와 '수소'를 얻을 수 있는 기술이 개발됐다. 이산화탄소에서 두 가지를 모두 얻을 수 있는 것은 세계 최초 기술이며, 연구진은 이미 실증 수준에서 연구가 완료된 만큼 1년 내 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.

김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수는 이산화탄소를 사용해 전기와 수소를 생산하는 '수계 금속(아연·알루미늄)-이산화탄소 시스템'을 개발했다고 4일 밝혔다. 여기서 수계는 물 기반의 전해질을 사용했다는 의미다.

전 세계적으로 기후변화 문제가 심각해지면서 이산화탄소를 저감하기 위한 노력을 하고 있다. 그중 산업시설에서 나오는 이산화탄소를 포집·활용·저장하는 기술(CCUS)이 주목받고 있다. 그러나 기체 상태 이산화탄소는 화학적으로 매우 안정적이라 다른 물질로 변환이 어렵다.

김건태 교수는 "이산화탄소를 물에 녹이면 손쉽게 다른 물질로 전환할 수 있다는 점에 착안해 연구를 시작했다"면서 "이산화탄소가 물에 녹게 되면 그 물은 수소이온이 많아져 산성을 띠는 물이 되고 전자들이 이동하면서 전기 에너지가 만들어진다"고 설명했다.

연구진이 개발한 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용해 작동하는 일종의 전지로 볼 수 있다. 전기화학 반응 과정에서 이산화탄소는 사라지고 전기와 수소가 만들어진다.

시스템은 연료전지처럼 음극(아연·알루미늄 금속)과 분리막, 촉매인 양극으로 구성됐다. 다른 전지와 달리 촉매가 물속에 담겨 있으며 음극과 도선으로 연결된 형태다. 전기가 만들어지는 과정에서 이산화탄소는 탄산수소칼륨으로 변환된다. 이때 전환 효율은 57% 이상이다. 이 과정에서 수소도 생산돼 일석이조의 효과를 볼 수 있다.

연구진은 지난 2018년 말 '나트륨 금속–이산화탄소 시스템'을 공개한 바 있다. 이 시스템보다 저렴한 전극(금속)과 분리막으로 바꿔 가격과 폭발 위험을 낮추고 전기 출력과 수소 생산 속도도 높여 상용화에 가까워졌다는 평가다.

김건태 교수는 "이산화탄소를 더 빠르고 값싸게 줄이면서 수소와 전기를 생산할 수 있는 활용성 높은 세계 최초 기술"이라며 "실증 연구 수준에 빠르게 도달한 만큼 상용화 가능성도 높을 것"이라고 밝혔다.

이 연구 결과는 지난 5월22일 국제적 학술지 '앙게반테 케미'(Angewandte Chemie)에 실렸다.

왼쪽부터 김정원 연구원, 김건태 교수, 양예진 연구원, 김창민 연구원, 주상욱 연구원© 뉴스1

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