(서울=뉴스1) 김민수 기자 = 공장이나 발전소에서 포집한 이산화탄소(CO₂)를 복잡한 처리 과정 없이 바로 화학원료로 바꾸는 기술이 개발됐다. 생산비도 기존 시장가격보다 절반 가까이 낮출 수 있는 것으로 나타났다.
한국과학기술연구원(KIST)은 원다혜·이웅 청정에너지연구센터 박사 연구팀과 이찬우 국민대학교 교수 연구팀이 포집한 이산화탄소를 전기로 직접 전환해 고순도 포름산을 생산하는 통합 공정을 개발했다고 9일 밝혔다.
연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 '줄'(Joule)에 지난 4월 온라인 게재됐으며 8월 표지 논문으로 선정됐다.
포름산은 가죽과 섬유, 고무, 의약품 등을 만드는 데 쓰이는 기초 화학물질이다. 수소를 저장하거나 운반하는 물질로도 활용될 수 있다. 현재는 대부분 화석연료를 기반으로 생산된다.
기존 탄소포집·활용(CCU) 기술은 이산화탄소를 액체에 포집한 뒤 다시 기체 상태로 분리하고 정제·압축해야 했다. 이 과정에서 많은 에너지와 비용이 들어 상용화가 쉽지 않았다.
이번 기술은 쉽게 말해 액체에 흡수된 이산화탄소를 다시 기체로 꺼내는 과정을 거치지 않고, 액체 상태 그대로 반응기에 넣어 화학원료로 바꾸는 방식이다.
연구팀은 이산화탄소가 녹아 있는 포집액을 전기화학 반응기에 바로 넣고 주석과 구리를 섞은 촉매를 사용했다.
그 결과 포집한 이산화탄소의 94%를 포름산염으로 전환했다. 반응은 100시간 이상 안정적으로 유지됐다. 포름산염은 이후 분리·정제 과정을 거쳐 산업 현장에서 사용할 수 있는 포름산으로 만들 수 있다.
연구팀은 포름산염과 이산화탄소 포집에 사용한 물질을 분리하는 공정도 개발했다. 이를 통해 순도 최대 98%의 포름산을 생산했으며, 포집에 사용한 물질은 회수해 다시 사용할 수 있다.
경제성 분석 결과 포름산 생산비는 톤당 약 410달러로 나타났다. 연구진이 비교 대상으로 삼은 2022~2023년 시장가격보다 약 50.5% 낮은 수준이다. 투자비 회수 기간은 약 6년으로 추산됐다.
온실가스 영향도 기존 고순도 이산화탄소를 사용하는 전기화학적 포름산 생산 공정보다 31.1% 줄어드는 것으로 분석됐다.
이번 기술은 발전소와 제철소, 시멘트 공장 등 이산화탄소를 많이 배출하는 산업 현장에 활용할 수 있다. 현장에서 포집한 이산화탄소를 바로 포름산 생산에 사용하는 방식이다. 태양광이나 풍력 등 재생에너지로 만든 전기를 이용하면 탄소 배출을 더 줄일 수 있다.
다만 실제 산업 현장에 적용하려면 반응기 규모를 키우고 포집부터 전환·정제까지 전 과정을 장기간 연속으로 운전하는 실증이 필요하다. 실제 배출가스에 포함된 먼지와 불순물이 촉매와 반응기에 미치는 영향도 확인해야 한다.
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