경북대, 고효율 인공광합성 광촉매 원천소재 개발

이산화탄소를 다중탄소 지방족산으로 전환

개발된 광촉매 소재 10% 효율로 4개월 간 유지

경북대 박현웅 교수

【대구=뉴시스】박준 기자 = 경북대학교 에너지공학부 박현웅 교수와 강운석 박사후연구원이 이끄는 연구팀이 이산화탄소를 다중탄소 지방족산(aliphatic acid)으로 전환시킬 수 있는 고효율 인공광합성 광촉매 원천소재를 개발했다.

지방족산은 방향족산을 제외한 유기산을 의미한다. 포름산 및 구연산, 아세트산 등이 있으며 염료, 의약품, 합성수지 등의 개발에 사용된다.

18일 경북대에 따르면 햇빛을 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 변환시키는 인공광합성 연구는 신재생에너지와 관련한 것으로 국가 간 기술 경쟁이 매우 치열한 분야이다.

대부분의 인공광합성 기술은 전기에너지를 보조에너지로 사용해야 하고 전기촉매 반응은 탄소 2개로 구성된 아세트산, 에틸렌, 에테인까지만 생산할 수 있다.

박 교수팀은 전기증착법을 이용해 구리-철 산화물 광촉매 소재를 제작하는데 성공한 것으로 개발한 광촉매 소재는 전기에너지를 사용하지 않고 햇빛과 물, 이산화탄소 등 3가지 요소로 탄소 6개로 구성된 탄소화합물까지 생산할 수 있다.

대부분 자연광합성과 인공광합성은 1% 효율로 진행된다.

박 교수팀이 개발한 광촉매 소재는 10%까지의 효율로 4개월 간 지속적으로 유지하면서 탄소 1개로 구성된 지방족산(포름산)부터 6개 탄소로 구성된 지방족산(구연산)까지 생산할 수 있어 높은 효율과 안정성으로 상업화에 유리할 것으로 기대된다.

이 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지인 ‘미국화학회 에너지레터(ACS Energy Letters)’ 9월13일자 표지논문으로 발표됐다.

또 관련 광촉매 제조 기술은 한국특허 등록을 마치고 현재 미국특허 등록 심사 중에 있다.

박현웅 교수는 "현재 고가의 다중탄소화합물을 대용량으로 합성할 수 있는 광촉매 시스템 연구가 진행 중이다"며 "향후 5년 안에 이산화탄소 자원화 공정개발을 위한 핵심소재 기술 및 대량화 기술 전략을 확보할 수 있을 것으로 예상하고 있다"고 말했다.

이어 "현재 개발된 광촉매 개질을 통해 최근 일본 수출규제 물질인 감광액 제조에 필요한 폴리케톤, 방향족 화합물 등을 오로지 이산화탄소와 물로부터 제조할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국 이산화탄소 포집 및 처리 2020(Korea CCS 2020) 사업의 지원을 받아 수행됐다.


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