KIST 청정에너지연구센터 연구진이 구축한 포름산 CCU 시범 공정(한국과학기술연구원 제공)

국내 연구진이 이산화탄소를 포집해 산업용 화합물로 재활용하는 화학 공정을 개선했다. 기존 공정 대비 생산 효율 및 화합물의 순도가 높아 상용화 가능성이 확인됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이웅 청정에너지연구센터 박사 연구진이 이산화탄소를 포름산으로 전환하는 신공정을 개발했다고 28일 밝혔다.이산화탄소를 포집해 유용한 화합물로 전환하는 CCU 기술은 탄소중립에 기여할 수 있다. 이는 포집 이산화탄소를 저장만 하는 CCS 기술보다 공정이 복잡하고 생산비용이 높아 상용화되지 못했다.

생산 목표인 포름산은 가죽·식품·의약품 등 다양한 산업에 활용되는 고부가가치 화합물이다. 연간 100만 톤(t)가량 소비되며 수소 운반체 역할도 한다.

포름산은 하나의 이산화탄소 분자를 사용해 만들 수 있어 다른 유기산 대비 생산 효율이 높다.이 연구는 전환 효율을 높이고 생산 단가를 낮추고자 다양한 방법들을 활용했다.

우선 포름산으로의 전환을 매개하는 유기화합물로 1-메틸피롤리딘 아민을 사용했다. 이는 여러 아민 중 가장 이산화탄소 전환율이 높다.

또 탄소 결합 및 유기 화합물을 활성화하는 루테늄(Ru) 촉매 반응기의 운용 조건을 최적화했다. 기존 38% 수준의 이산화탄소 전환율도 82%로 높였다.

대기나 배출가스로부터 이산화탄소를 분리하지 않고 직접 전환하는 동시 포집·전환 기술도 적용됐다. 그간 분리 과정에 과다한 에너지가 소모되는 등 문제가 있었다.

그 결과 톤당 약 107만 원의 생산 단가를 66만 원으로 37%가량 낮췄고 이산화탄소도 42% 저감했다.

아울러 연구진은 양산 가능성을 평가하고자 하루 10킬로그램(kg)의 포름산을 생산하는 시범 공정을 구축했다. 실험실에서 소규모로 생산하던 기존 실증연구는 대량생산 시 발생하는 불순물 정제를 고려하지 못했다.

반면 연구팀은 △부식 최소화 공정 및 소재 △포름산 분해를 최소화하는 운전조건 등을 활용해 순도 92% 이상의 포름산을 생산할 수 있었다.

연구팀은 2030년 상용화를 목표로 내년까지 시범 공정을 완공 및 검증한다. 상업성을 확보하려면 연간 7만 톤이 생산돼야 한다.

이웅 KIST 박사는 "공정의 상용화 가능성을 확인했다"며 "향후 검증에 성공하면 수요기업으로 운송·판매 등이 가능할 것"이라고 전망했다.

과학기술정보통신부의 지원을 받은 이 연구는 이달 20일 국제 학술지 줄(Joule) 최신 호에 게재됐다.


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