GIST 이재영 교수팀, 에탄올의 선택적 생산에 최적화된 산화구리-은 음극 개발

GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 지구·환경공학부 이재영 교수팀이 이산화탄소를 고부가가치 연료 에탄올로 전환하기 위한 산화구리-은 실용촉매를 개발했다.

산업 공정에서 배출되는 이산화탄소를 처리하기 위해 이산화탄소를 포집·저장하는 CCS 기술이 연구되고 있지만, CCS 기술은 저장된 이산화탄소가 완전히 분해되거나 제거되지 않는 한계를 지닌다. 이 때문에 최근 이산화탄소를 폐기물이 아닌 폐자원의 관점에서 재활용하기 위한 기술인 CCU(이산화탄소 포집 및 재활용)가 주목받고 있다.

CCU 기술에서 이산화탄소를 전기화학적 전환을 통해 유기화합물로 전환할 때 가장 시급히 극복해야 할 과제는 패러데이 효율을 높이고 원하는 유기화합물을 얻어내도록 반응 선택성을 높이는 것이다.

연구팀은 공정이 단순한 전기화학적 도금증착법을 통해 은이 포함된 산화구리 전극 촉매를 나노크기로 가스확산층 위에 줄무늬 모양으로 제조한 뒤, 이를 활용해 수용액상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 시도했다.

실험 결과, 본 연구에서 개발된 산화구리-은 줄무늬 전극 촉매는 34% 패러데이 효율을 나타냈으며, 이는 산화구리 전극 촉매만을 사용했을 때(10%)에 비해 3배 이상 개선된 것이다.

이재영 교수는 “이산화탄소를 100% 모두 에탄올로 전환 할 수 있다면 이산화탄소로 인한 환경 문제와 식량 및 에너지 고갈 문제를 동시에 해결하는 데 기여할 수 있으며, 이번 성과는 이산화탄소를 미래 수송용 연료로 재활용할 수 있는 새로운 가능성을 연 것으로 평가된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

지구·환경공학부 이재영 교수(교신저자·Ertl 탄소비움연구센터)가 주도하고 이승화 박사(제1저자), 박기범 석사과정생(제2저자)이 수행한 이번 연구는 GIST 국제환경연구소와 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원으로 수행되었고, 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ACS Catalysis 11월 9일자 온라인 판(논문명 : The Importance of Ag-Cu Biphasic Boundaries for Selective Electrochemical Reduction of CO2 to Ethanol)에 게재되었다.