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"수돗물도 OK" 내구성 뛰어난 '인공광합성 촉매' 개발

고도로 정제된 실험실 조건 아닌 실제 환경서도 활용
KIST 연구팀 "인공광합성 기술 실용화 가능성 더욱 높일 것"
(왼쪽부터)국내 연구진이 인공광합성 촉매를 개발했다. 사진은 연구를 주도한 민병권, 황윤정, 원다혜 연구원.<사진=KIST 제공>(왼쪽부터)국내 연구진이 인공광합성 촉매를 개발했다. 사진은 연구를 주도한 민병권, 황윤정, 원다혜 연구원.<사진=KIST 제공>

국내 연구진이 수돗물을 사용해도 문제 없는 '인공광합성 촉매'를 개발했다. 온난화의 주범으로  알려진 이산화탄소를 자원화하는 인공광합성 기술 상용화에 한 걸음 다가갈 수 있을 것으로 기대된다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 민병권 국가기반기술연구본부 박사연구팀이 실험실 환경에서 벗어나 실제 환경에서 장시간 안정적으로 구동가능한 전기화학 인공광합성 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다. 

인공광합성은 이산화탄소를 자원화하는 꿈의 기술로 불리지만 아직 상용화까지 많은 과제가 남아있는 상태다. 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환하는 촉매개발이 전 세계적으로 진행되고 있지만 대부분 제한된 시험 환경 내에서 활용가능한 고성능 촉매 개발에 집중돼 촉매 안정성에 대한 연구가 부족한 실정이다.

특히 다양한 불순물로부터 생기는 변수를 최소화하기 위해 고도로 저제된 증류수를 사용해 촉매를 개발해왔기 때문에 대량 생산을 위한 실제 환경에 적용될 경우 고도로 정제된 실험실 환경과 동등한 성능 및 안정성을 보이기는 힘들다. 

KIST 연구진은 문제점 극복을 위해 이산화탄소 변환 전기화학 시스템의 가장 기본 구성 요소인 전해질을 초고순도의 증류수가 아닌, 대표적 실용수인 수돗물로 바꿨다. 이를 통해 은 촉매를 이용해 수돗물의 성분 중 '철' 성분이 촉매의 성능을 가장 크게 저하한다는 것을 규명했다.

특히 연구진은 수돗물을 사용하는 환경에서도 내구성을 높이기 위해 촉매를 철 성분으로부터 보호하고 금속 불순물이 증착되어도 문제가 없도록 탄소나노튜브에 질소 원소가 함유된 형태의 촉매를 개발했다.

연구 관계자는 "이 촉매는 고가의 상용 촉매인 은 촉매에 버금가는 이산화탄소 전환 성능을 보였고, 수돗물 환경에서도 20분 이내에 성능이 80% 이상 감소하는 은 촉매와 대비해 전례 없는 기록인 120시간 동안 안정적인 성능을 보였다"고 설명했다.

민병권 박사는 "본 연구는 일반적으로 실험실 연구 과정에서 쉽게 간과할 수 있는 부분이자 개발 기술들이 직면하게 될 실제 적용 환경에 대한 고찰로 시작됐다"면서 "연구를 통해 밝혀진 내구성 저해 요소와 탄소 기반 촉매의 장시간 내구성 확보 결과를 통해 인공광합성 기술의 실용화 가능성을 더욱 높일 것으로 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 촉매 분야 과학전문지인 'Applied Catalysis B: Environmental'최신호에 게재됐다.

 
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