[이데일리 한광범 기자] 국내 연구진이 공장과 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 별도의 분리·정제 과정 없이 직접 고순도 화학원료로 전환하는 기술을 개발했다. 기존 방식 대비 생산 비용을 절반 수준으로 낮추고 온실가스 배출도 대폭 줄여 탄소중립 실현에 기여할 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 원다혜·이웅 박사 연구팀은 국민대학교 이찬우 교수 연구팀과 함께 포집된 이산화탄소를 전기화학적으로 직접 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘줄(Joule)’ 8월호 표지 논문으로 선정됐다.

포름산은 가죽·의약품 생산뿐 아니라 수소를 저장하고 운반하는 에너지 매개체로도 활용되는 기초 화학물질이다. 지금까지는 대부분 화석연료 기반 공정으로 생산돼 왔다. 이산화탄소를 포집해 활용하는 기존 탄소 전환·활용(CCU) 기술 역시 포집된 이산화탄소를 다시 기체로 분리·정제·압축하는 과정에서 막대한 에너지와 비용이 드는 한계가 있었다.

연구팀은 트리에틸아민 포집액을 전기화학 반응기에 직접 공급하고 주석-구리 촉매를 적용해 이 한계를 극복했다. 이를 통해 포집된 이산화탄소의 94%를 포름산염으로 전환했으며, 100시간 이상 안정적으로 반응을 유지하며 포름산염 농도를 2.62몰까지 높였다.

원다혜 KIST 박사는 “포집한 이산화탄소를 다시 기체로 분리하지 않고 전기화학적으로 전환해 산업적 활용도가 높은 고순도 액체 화학제품을 생산했다는 점에 의의가 있다”며 “기체 제품 중심이던 포집·전환 기술을 액체 화학제품 분야로 확장하는 계기가 될 것”이라고 설명했다.

이어 연구팀은 포름산염과 포집제를 효율적으로 분리하는 공정을 새로 구축해 최대 98% 농도의 고순도 포름산을 생산하는 데 성공했다. 반응에 사용된 포집제는 회수해 재사용할 수 있도록 설계됐다.

경제성과 환경성 평가에서도 뛰어난 성과가 확인됐다. 이번 통합 공정을 통한 포름산 생산비는 1톤당 약 410달러로, 기존 시장 가격의 절반 가까운 수준이다. 공정 전체의 온실가스 영향도 기존 방식보다 31.1% 감소한 것으로 나타났다.

이 기술은 발전소, 제철소, 시멘트·석유화학 공장 등 이산화탄소 다배출 산업 현장에 바로 적용이 가능하다. 특히 재생에너지 전력과 연계할 경우 기존 화석연료 기반 생산 공정을 저탄소 전기화학 공정으로 대체할 수 있다.

이웅 KIST 박사는 “향후 실제 산업 배출가스를 활용한 공정 검증과 반응기 규모 확대, 장기간 연속운전 실증을 거쳐 산업 현장 적용 가능성을 본격적으로 높여갈 계획”이라고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 DACU 원천기술개발사업, 기초연구사업, Global C.L.E.A.N. 사업 및 KIST 주요 사업을 통해 수행됐다.