▲ 포집된 CO2를 전기화학적으로 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정 모식도. 포집액 상태로 전기화학 반응기에 직접 공급해 전기를 이용해 포름산염으로 전환하고, 이후 아민 교환과 증류를 통해 고순도 포름산을 생산한다. 공정에 사용된 CO2 흡수제와 분리용 아민은 회수해 다시 사용한다.

국내 연구진이 포집된 이산화탄소(CO2)를 분리·정제·압축 없이 촉매를 활용해 유용한 자원으로 전환하는 생산 공정을 개발해 에너지 및 비용 절감에 기여할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 원다혜 박사·이웅 박사 연구팀은 국민대 이찬우 교수 연구팀과 함께 포집된 CO2를 전기화학적으로 직접 전환해 가죽·의약품 등 기초 화학물질인 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 지난 10일 밝혔다.

기존 탄소 전환·활용(CCU) 기술은 포집된 CO2를 다시 기체로 분리·정제·압축해야 해 많은 에너지와 비용이 들었다. 최근 포집액을 직접 활용하는 기술도 개발되고 있지만 대부분 일산화탄소(CO) 등 기체 제품 생산에 집중돼 있어 액체 화학제품을 고순도로 생산하는 데는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 트리에틸아민 포집액을 전기화학 반응기에 직접 공급하고 주석-구리 촉매를 적용해 포집된 CO2의 94%를 포름산염으로 전환했다. 또한 100시간 이상 안정적으로 반응을 유지하며 포름산염 농도를 2.62몰까지 높였고, 실시간 분석으로 전환 메커니즘도 규명했다.

연구팀은 포름산염과 포집제를 분리하는 공정을 새로 개발해 최대 98%의 고순도 포름산을 생산하는 데 성공했다. 포집제는 회수해 다시 사용할 수 있으며, 경제성 분석 결과 포름산 생산비는 1톤당 약 410달러로 기존 시장가격보다 절반 가까이 낮았다. 또한 온실가스 영향도 기존 공정보다 31.1% 감소하는 것으로 나타났다.

이번 기술은 발전소와 제철소, 시멘트·석유화학 공장 등 CO2를 많이 배출하는 산업 현장에 적용할 수 있다. 포집된 CO2를 곧바로 화학원료로 전환할 수 있어 공정을 단순화할 수 있으며, 재생에너지와 연계하면 기존 화석연료 기반 포름산 생산공정을 저탄소 전기화학 공정으로 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

특히 포름산은 수소를 저장·운반하는 물질로도 활용될 수 있어 향후 활용 범위가 더욱 넓어질 전망이다.

KIST 원다혜 박사는 “기체 제품 중심이던 CO2 동시 포집·전환 기술을 액체 화학제품으로까지 확장하는 계기가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘Joule’(IF 37.1, JCR 분야 상위 1.3%)에 4월 온라인 게재됐고, 8월 표지 논문으로 선정됐다.