신운섭 서강대 교수를 중심으로 현순택 테크윈 책임연구원, 권영국 UNIST 교수, 박이슬 부경대 교수는 공동연구를 통해 이산화탄소(CO₂)로 옥살산(C₂H₂O₄)을 생성하는 공정 기술을 개발했다.

옥살산은 제약, 금속(희토류 제련), 섬유, 피혁, 목재 등 다양한 산업에 이용된다. 기존 옥살산 생산은 글루코스(glucose, C₆H₁₂O₆) 등을 질산으로 산화시켜 제조한다. 때문에 친환경 공정이라 할 수 없었던 게 사실이다.

이산화탄소와 아연 전극의 산화-환원을 통한 옥살산염을 생성하고 이를 옥살산까지 생성하는 공정은 확보 돼 있다. 연구팀은 아연을 효과적으로 회수하면서 옥살산염을 상온에서 옥살산까지 전환하는 공정을 개발하는데 성공했다. 생성된 옥살산 순도는 거의 100%에 이른다.

연구팀은 '이산화탄소의 옥살산 전환 전기화학적 공정' 명으로 국내, 국제 특허도 확보했다. 추가 연구를 통해 관련 특허 포트폴리오도 구축 중이다. 연구팀은 하루에 0.5kg의 이산화탄소 전환이 가능한 bench-scale 반응기를 구동 중이다. 또 하루에 1kg의 이산화탄소 전환이 가능한 pilot-scale 전해조를 구축 하고 있다.

개발된 공정은 초기투자비와 연간운전비를 포함해도 경제성이 있다고 평가받는다. 플랜트 구축비, 인건비, 건축비, 계약관련 비용 등 초기투자비와 원료, 유틸리티, 소비재 등 연간운전비를 포함해도 수익창출이 가능하다는 게 연구팀의 설명이다. 특히 옥살산의 고부가화를 통해 글리콜산(glycolic acid)과 폴리우레탄(PU) 등으로 전환, 응용하는 새로운 루트 개발도 가능하다.

Adroit 시장 조사 보고서에 의하면 2017년 기준 옥살산 시장은 세계적으로 $620m 규모이며, 사용량이 매년 4.6%씩 증가하는 추세다. 연구팀의 상용화 목표 기간은 2031년으로 연간 1만톤의 생산을 예상하고 있다. 관련해 온실가스 저감은 연간 7000톤, 국내 시장 점유율은 50%로 예상된다. 연구팀은 현재 과기부 후속 과제 기술로 제안 중이다.

연구팀은 "이번에 개발된 기술은 신재생에너지 활용에 적합할 뿐만 아니라 효율적인 이산화탄소의 전기화학적 전환이 가능한 독자적 기술 확보로써 이산화탄소 포집과 활용의 기술 경쟁력 확보로 기후변화협약에도 능동적으로 대처 가능 할 것"이라고 의의를 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 차세대 탄소자원화 연구단(단장 전기원 화학연 박사) 연구개발사업의 총괄4과제(총괄 신운섭 서강대 교수)로 진행됐다.