왼쪽부터 교신저자 민병권 KIST 국가기반기술연구본부장, 교신저자 황윤정 KIST 청정에너지연구센터 책임연구원, 제1저자 김찬연 KIST 박사(현 로렌스버클리 국립연구소)© 뉴스1

국내 연구진이 지구온난화의 주범 '이산화탄소'(CO₂)를 잡는 인공광합성 기술의 성능을 기존보다 80% 높이는 데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 민병권 국가기반기술연구본부장, 황윤정·김찬연 박사 연구팀이 인공광합성 시 오염원으로 여겨진 수용액 내 '금속 불순물'을 이산화탄소 전환 촉매로 바꾸는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.이산화탄소를 전기화학적으로 전환하는 반응은 인공광합성을 구현하는 핵심 기술이다. 대부분의 촉매는 금이나 은처럼 비싼 소재를 기반으로 개발됐다. 하지만 귀금속 촉매는 전해질인 물 속에 아주 적은 양의 금속 불순물만 있어도 불순물이 흡착되면서 촉매 성능을 급격하게 떨어지는 것이 단점이었다. 이를테면 0.05ppm(백만분의 일) 수준의 극미량 철 이온 불순물 때문에 1시간만에 촉매 성능이 80% 이상이 줄어들기도 한다.

이를 막기 위해 KIST 연구진은 고도로 정제된 증류수를 사용했다. 연구팀은 금속 불순물이 다량 함유된 수돗물에서도 성능 저하가 거의 없는 촉매를 앞서 개발한 바 있다. 연구팀은 여기에 촉매 안정성을 떨어뜨리는 수용액 내 금속 불순물을 오히려 촉매 성능을 높이는 활성점으로 이용하는 기술을 도입했다.

이렇게 개발된 새 촉매는 질소가 도입된 탄소 소재를 촉매 전극으로 사용했다. 전극에서는 반응 도중 물속에 존재하는 금속 불순물 이온들이 질소가 첨가(도핑)된 탄소 소재와 결합하고 이는 일산화탄소 생성 성능을 더욱 높였다. 연구팀은 일반적인 수돗물에 함유된 철 이온 농도인 0.05ppm보다 50배의 진한 농도에서도 기존 촉매 대비 최대 80% 이상 높아진 성능으로 120시간 이상 안정적으로 일산화탄소를 생산하는 데 성공했다.

민병권 KIST 본부장은 "개발된 저렴하고 안정적인 탄소 소재 촉매는 앞으로 인공광합성이나 이산화탄소 자원화 기술의 실용화를 앞당기는데 활용될 수 있다"고 말했다.

이번 연구 결과는 'ACS 에너지 레터스'(ACS Energy Letters) 최신호에 실렸다.


somangchoi@news1.kr