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이산화탄소 ‘공장 굴뚝에서’ 다이어트한다
이산화탄소 ‘공장 굴뚝에서’ 다이어트한다
  • 교수신문
  • 승인 2020.01.29 11:01
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POSTECH 김원배 교수팀, 고체산화물 전해전지 촉매 개발
김원배 교수

석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소는 생태계 오염과 기후변화의 주된 원인으로 지목되고 있다. 이에 따라 이산화탄소의 배출량을 줄이고 대기 중의 이산화탄소를 분해해 산업적 활용가치가 높은 다른 물질로 전환하려는 노력이 계속돼왔다. 최근 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀이 발전소나 제철소 등 실제 산업현장에서 직접 이산화탄소를 처리할 수 있는 촉매 개발에 성공했다. 

POSTECH 화학공학과 김원배 교수, 통합과정 박성민씨 연구팀은 황화수소가 포함된 이산화탄소에서도 효율적 환원이 가능한 고체산화물 전해전지(SOEC, Solid Oxide Electrolysis Cell)용 전극 촉매 개발에 성공했다. 이 연구는 재료분야에서 권위 있는 영국왕립화학회의 국제 학술지인 ‘재료화학A 학술지(Journal of Materials Chemistry A)’에 표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 금속 나노입자가 층상구조 페로브스카이트 소재 표면에 자발적으로 형성되는 용출(exsolution) 현상을 이용해 문제를 해결했다. 페로브스카이트 소재는 니켈과 같은 금속 기반 소재에 비해 성능이 낮지만 황화수소에 내성이 강하다는 특징을 이용한 것이다. 고체산화물 전해전지가 작동하면 표면에 형성된 코발트-니켈 합금 나노입자 촉매가 이산화탄소 전기분해 반응을 촉진해 페로브스카이트의 낮은 성능 문제를 극복한다. 또한 층상구조 페로브스카이트는 황화수소가 표면에 흡착 및 반응하는 것도 억제해 전극의 안정성을 높여준다. 

이렇게 개발된 소재를 사용한 고체산화물 전해전지는 하루에 1㎠의 면적당 이산화탄소 약 7.1ℓ를 전기분해하여 일산화탄소를 생산할 수 있다. 또한 황화수소가 포함된 이산화탄소에서도 90시간 동안 탄소 침적과 열화 없이 안정된 전기분해 성능을 나타내는 것을 확인했다.  


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