이산화탄소를 물에 녹여 전기·수소 만드는 기술 개발

이산화탄소를 이용해 전기와 수소를 동시에 생산할 수 있는 시스템이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김건태 교수팀은 이산화탄소를 사용해, 전기와 수소를 생산하는 '수계 금속(아연, 알루미늄)-이산화탄소 시스템(Aqueous Zn or Al–CO₂System)'을 개발했다. 이 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용해 작동하는 일종의 전지인데, 전기화학 반응 과정에서 기후변화의 주범인 이산화탄소는 제거되고 전기와 수소가 만들어지는 방식이다.

지구온난화 등 기후변화 문제가 심각해짐에 따라 이산화탄소를 저감하기 위해 전세계적으로 이산화탄소를 포집·활용·저장하는 기술(CCUS) 개발이 활발히 진행되고 있다. CCUS(CO2 Capture, Utilization and Sequestration)은 산업시설 등에서 나오는 이산화탄소를 포집, 저장하는 기술과 이산화탄소를 다른 유용한 물질로 변환하는 기술을 포함한다.

이번 연구는 이산화탄소를 물에 녹이면 손쉽게 다른 물질로 전환할 수 있다는 점에 착안했다. 이산화탄소가 물에 녹게 되면, 그 물은 수소이온(H)이 많아져 산성을 띠는 물이 되면서 전자(electron)들이 이동하면서 전기 에너지가 만들어지는 것이다. 전기가 만들어지는 과정에서 이산화탄소는 다른 물질(탄산수소칼륨)로 변환되는데 이때 전환 효율은 57% 혹은 그 이상이 된다. 또한, 그 과정에서 수소도 생산되기 때문에 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.

'이산화탄소'를 제거하는 동시에 전기를 생산하여 수소까지 얻는 이번 기술은 지난해 본 연구팀이 공개한 '나트륨 금속–이산화탄소 시스템(Hybrid Na-CO₂system)'보다 효율성과 안전성이 크게 향상되었다. 기존보다 저렴한 전극(금속)과 분리막으로 바꿔 가격을 낮추었을 뿐만 아니라, 폭발위험이 없어 안전하며 전기 출력과 수소 생산 속도도 크게 높아졌다.

김건태 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수는 "이 기술은 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 것으로 기대한다"고 밝혔다.

과학기술정보통신부는 본 연구결과가 국제적인 학술지인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie)에 게재(’19.5.22.)됐으며, 과기정통부 기후변화 대응 기술 개발사업의 'Korea CCS 2020' 사업의 지원을 받아 수행됐다고 밝혔다.