이산화탄소로 친환경 자동차 연료 ‘부탄올‘ 만든다

지스트, 기존 생산효율보다 70배 높은 촉매 개발

▲이산화탄소 재자원화 공정에서 인화구리 전극 촉매를 사용해 친환경 수송에너지 부탄올 생산공정 개략도. (사진제공=광주과학기술원)

광주과학기술원(GIST)는 지구ㆍ환경공학부 이재영 교수 연구팀이 이산화탄소 재자원화 공정을 통해 자동차의 연료로 사용 가능한 친환경 부탄올을 효율적으로 생산하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

지구온난화의 주범인 온실가스 이산화탄소를 감축하면서 석유화학 공정을 통해서만 생산할 수 있는 고부가가치의 유기화합물을 확보하는 것은 탄소중립 사회로 진입하기 위해 필수불가결하다. 이산화탄소(CO2)에서 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 첫 보고가 있었으나 에틸렌, 에탄올, 프로판올 등의 C2, C3유기화합물에 대한 전환효율은 본 연구팀의 기존 연구 성과와 유사한 10~50% 정도를 보였다. 특히 부탄올에 대한 패러데이 전환효율은 0.056%로 확인이 매우 어려운 수준이다.

연구팀은 인화 구리(CuP2) 촉매를 통해 표면의 친산소성을 높여 반응 경로를 개선, 전기화학반응 뿐만 아니라 자발적 화학반응이 일어날 수 있는 환경을 만들어 이산화탄소로부터 부탄올을 기존보다 70배 높은(3.868%) 생산효율을 확인했다. 이러한 수치는 기존보다 약 10배 정도 큰 면적의 전극 촉매를 사용하여 도출한 결과라는 점에 있어서 큰 의미가 있다.

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

이번 연구는 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행됐으며, 화학 기술 분야의 세계적인 학술지인 ‘미국 화학회 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’에 11일 온라인으로 게재됐다.

▲(왼쪽부터) 봉성율 연구교수, 최민준 학생, 김진원 박사, 지스트 이재영 교수. (사진제공=광주과학기술원)