이산화탄소로 석유대체 ‘고효율 부탄올’ 대량생산

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀은 이산화탄소 재자원화 공정을 통해 자동차 연료로 사용 가능한 친환경 부탄올을 대량생산하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 구리(Cu) 금속에 인(P)을 도입한 전기화학 촉매를 이용, 이산화탄소가 다탄소 유기화합물로 전환되는 과정에서 반응속도 결정단계인 일산화탄소 흡착종을 제어함으로써 부탄올생산 효율을 기존보다 70배 향상시켰다.

지구온난화 주범인 온실가스 이산화탄소를 감축하면서 석유화학 공정을 통해서만 생산할 수 있는 고부가가치의 유기화합물을 확보하는 것은 탄소중립 사회로 진입하기 위해 필수불가결하다. 이산화탄소에서 탄소의 수를 2개, 3개로 늘리는 전환공정은 반응선택성과 효율이 높지 않아 공정의 후단부에 추가로 분리와 농축공정이 필요하다.

최근 구리 촉매를 사용해 전기화학적 이산화탄소 전환을 통해 부탄올을 생산한 사례가 있었지만 에틸렌, 에탄올, 프로판올 등의 C2, C3유기화합물에 대한 전환효율은 10~50% 정도에 그쳤다. 특히 부탄올에 대한 전환효율은 0.056%로 확인이 매우 어려운 수준이다.

연구팀은 인화 구리(CuP2) 촉매를 통해 표면의 친산소성을 높여 반응 경로를 개선, 이산화탄소로부터 부탄올을 기존보다 70배 높은 3.868%의 생산효율을 확인했다.

이러한 수치는 기존보다 약 10배 정도 큰 면적의 전극촉매를 사용해 도출한 결과라는 점에 있어서 큰 의미가 있다.

이재영 교수는 “그동안 지구온난화의 유발물질로 알려진 이산화탄소를 고부가가치의 친환경 자원으로 활용할 수 있게 됐다”면서 “향후 전극촉매의 대면적화와 공정 개선을 통해 미래 수소에너지인 부탄올을 대량생산하여 친환경 내연기관 자동차에 사용할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 5월 11일 온라인판에 게재됐다.