▲ 불소 도핑 산화주석 촉매가 적용된 CO2 전환 개미산 생산 및 활용

국내연구진이 이산화탄소(CO2) 자원화와 수소에너지활용 분야의 시너지효과를 유발하는 원천기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 청정에너지연구센터 오형석 박사팀이 불소 도핑 산화주석 촉매의 대용량 합성법을 통해 장시간 안정적으로 이산화탄소를 유용한 액상화합물(개미산)로 전환하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

개미산은 포름산으로도 불리며 특유의 신맛과 세균억제, 수소이온지수 조절 효과로 식품가공, 보존제, 염색제, 가소제, 제설제, 경화지연제 등 다양한 산업에서 활용되는 기초 화학원료다. 최근 친환경 생분해성 플라스틱의 원료로 각광을 받고 있다.

현재 개미산은 대부분 화석연료의 열화학반응을 통해 생산되어 제조공정상 이산화탄소의 배출이 불가피하다. KIST 연구진은 불소가 도핑된 산화주석이 일반 산화주석보다 이산화탄소 전환 촉매의 활성을 떨어뜨리는 금속화 경향이 낮다는 사실에 주목했다.

연구진은 주석에 불소를 도핑하는 간단한 방법으로 높은 개미산 전환 활성을 안정적으로 유지하는 전극을 개발했다. 제작된 불소 도핑 산화주석 전극은 기존 상용 산화주석 전극에 비해 4배 이상 많은 개미산 생산량을 보였고, 일주일 이상 장시간 반응에도 성능이 잘 유지되어 기존 전극대비 반응내구성이 100배 이상 개선됐다.

한편, 개미산은 수소를 고가의 대형 특수용기가 아닌 제3의 물질과 결합시켜 저장, 수송하는 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)의 수소 저장물질로도 유력한 후보군 가운데 하나다.

LOHC 기술의 핵심이 대용량의 수소를 저장할 수 있고, 외부 자극에 노출되어도 안정성이 유지되는 액상화합물의 확보인데 개미산이 이 같은 특성을 갖고 있기 때문이다. 기술 적용시 그간 약점으로 여겨졌던 친환경성과 경제성 문제를 한 번에 해결할 수 있어서 암모니아 등 타 후보물질 대비 경쟁력을 재평가 받을 수 있을 것으로 기대된다.

KIST 오형석 박사는 “이산화탄소 포집 및 활용 기술(CCUS)로서의 가능성뿐만 아니라 수소 저장체로도 가능성이 높은 개미산을 대량생산할 수 있는 일석이조 기술”이라며 “재생에너지 보급률이 높아져 향후 국가적 의무인 탄소중립에도 크게 기여할 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 저명 국제저널 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재됐다.