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최근 기후 변화와 탄소 중립에 대한 관심이 커지면서 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 화합물로 바꿀 수 있는 전기화학적 전환 기술이 주목받고 있다. 탄소 저감과 에너지 전환이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있어서다.
현재 CO2의 전기화학적 전환은 전극에 전류를 가해 이산화탄소를 분해하고, 이를 고부가가치 화합물로 전환하는 방식으로 이뤄진다. 이 과정에는 주로 구리 기반의 촉매가 사용되며, 이산화탄소를 에틸렌 같은 C2+ 물질로 변환한다. 변환된 화합물은 포장재·가전제품·의료용품·건축자재 등으로 활용되거나 에틸렌글리콜·스티렌·폴리염화비닐(PVC) 등 기초 소재로도 쓰인다.
다만 촉매의 낮은 내구성과 불안정성으로 인해 장시간 높은 효율을 유지할 수 없다는 것이 한계로 지적된다. 또한 저밀도의 이산화탄소 전환 활성 부위로 원하는 C2+ 물질의 선택성이 충분히 높지 않다는 점도 문제다. 전환 과정에서 반응하는 촉매의 전환 활성 부위가 적어 이산화탄소 전환 시 C₂+ 물질 대신 다양한 부산물이 함께 생성되는 탓이다.
이에 아주대 공동 연구팀은 산성 환경에서도 안정적 촉매를 개발하기 위해 노력해왔다. 그 결과 연구팀이 개발한 촉매는 산성 조건에서 구리 이온이 빠져나가면서 C2+ 활성 부위가 비활성화되는 기존 문제점을 해결한 것으로 나타났다.
이번 연구는 한국연구재단 세종과학펠로우십과 아주대 교내 연구비 지원을 받아 수행됐다. 이준우 아주대 교수는 “이번 연구는 산성 환경에서 이산화탄소 전환 반응을 효율적으로 촉진할 수 있는 새로운 촉매를 개발해 냈다는 점에서 큰 의의가 있다”고 평가했다.
이 교수는 이어 “낮은 전류에서도 높은 선택성과 에너지 효율을 달성함으로써 이산화탄소 전기환원 기술의 상업화를 위한 기술적 한계 극복에 중요한 진전이 될 것”이라며 “탄소 배출을 줄이면서 고부가가치 화학물질을 생산할 수 있는 기술로 발전돼 석유화학산업 전반에서 탄소 중립 실현과 부가가치 창출에 중요 역할을 할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
