한국재료연구원(KIMS·원장 최철진)은 나노재료연구본부 박다희 박사 연구팀이 KAIST 화학과 박정영 교수 연구팀과 공동으로 이산화탄소 전환 효율을 크게 향상하는 촉매 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

기존 이산화탄소 전환 기술은 높은 에너지 소비에 비해 효율이 낮아 상용화하기 어려웠다. 특히 촉매 내 금속 원자가 단일 원자 형태로 존재하는 단원자 촉매는 합성이 복잡하고 촉매 입자를 안정적으로 유지하는 역할을 하는 금속 산화물 지지체와 결합 안정성을 유지하기 어려워 촉매 성능이 떨어졌다.
연구팀은 단일 및 이중 단원자 촉매 기술을 개발하고 간단한 공정으로 촉매 효율을 높이는 기술을 선보였다. 이중 단원자 촉매로 금속 간 전자 상호작용을 적극 활용해 기존보다 50% 이상 높은 전환율과 함께 촉매가 원하는 생성물을 많이 생성할 수 있도록 유도하는 선택성도 높였다.
이 과정에서 에어로졸 분무 열 분해법을 적용해 간단한 공정으로 촉매를 합성하고 대량 생산 가능성도 확보했다. 액체 상태 재료를 안개 같은 작은 입자인 에어로졸로 만든 후 뜨거운 챔버에 보내면 촉매가 완성되는 간단한 공정 방식이다. 이 방식은 금속 산화물 지지체 내부에 금속 원자를 균일하게 분산시키고 결함 구조를 정밀하게 조절할 수 있도록 돕는다.
이처럼 금속 산화물 지지체 결함 구조를 정밀하게 제어함으로써 단일 및 이중 단원자 촉매를 안정적으로 형성하고 기존 단일 원자 촉매 사용량을 절반 수준으로 줄이면서도 99% 이상의 높은 선택성을 구현했다.
이번 개발 기술은 화학연료 합성, 수소 생산, 청정에너지 산업 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 전망이다. 특히 촉매 합성법이 간단하고 생산 효율도 높아서 상용화될 가능성이 매우 크다.
박다희 선임연구원은 “이 기술은 이산화탄소 전환 촉매 성능을 획기적으로 향상하는 동시에 간단한 공정을 통해 상용화를 가능하게 한 중요한 성과로 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com