한국 이산화탄소 자원화 기술 어디까지 왔나[과학을 읽다]

[아시아경제 김봉수 기자] 한국 정부는 2010년 이후 온실가스 감축을 위해 이산화탄소 자원화를 위한 연구 개발(R&D)을 꾸준히 추진하고 있다. 2011년부터 지난해까지 진행된 ‘korea CCS(탄소 포집 및 저장)-2020 사업’이 대표적 사례다. 탄소자원화 범부처 프로젝트도 진행 중이며 정부 출연연 소속 차세대탄소자원화 연구단이 꾸려지는 등 원천기술 연구작업도 활발하다.

한국화학연구원이 지난달 발표한 이산화탄소를 나프타로 전환하는 고효율 촉매 제조 기술이 대표적 사례다. 플라스틱 등 기초 원료 물질로 쓰이는 나프타는 석유 시대가 끝나더라도 지속적으로 필요한 물질이다. ‘이산화탄소의 대량 저감’과 ‘기초원료 생산’이라는 일거양득의 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다. 화학연은 이산화탄소를 낮은 온도에서도 쉽게 반응시키면서 부산물을 적게 생성하는 방안을 개발했다. 코발트를 원자 단위로 철과 합금시켜 성능을 대폭 향상시켰다.

한국과학기술연구원(KIST)도 지난 3월 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 에틸렌 및 에탄올을 얻을 수 있는 성게 모양의 구리 나노촉매 전극을 개발했다. 성게처럼 불규칙적인 바늘 형태이기 때문에 바늘의 뾰족한 부분에서 촉매활성도가 높아진다. 이 촉매를 사용하면 기존의 구리 촉매에 비해 더 낮은 전압에서도 높은 에틸렌 생성 선택도를 가져 에틸렌 생산량이 50% 이상 향상됐다는 게 KIST의 설명이다. 또 CO₂ 전환 전지를 여러 개 적층해 대량생산을 위한 시스템을 제작해 실용화 가능성을 확인했다고 한다.

한국에너지기술연구원도 최근 기존 기술보다 생산성이 2배 뛰어난 전기화학적 이산화탄소 전환 기술을 개발했다. 수증기를 불어넣어 전해액 사용을 대체하는 간단한 방법이었지만 개미산염, 일산화탄소의 생산에 적용한 결과 기존 대비 2배 이상의 생산성과 90%대의 높은 효율을 기록했다. 전기 에너지 소비도 30% 이상 감축했다. 연구원 측은 이 원리를 이용하면 제품의 생산 단가를 50% 이상 낮출 수 있을 것으로 내다봤다. 이미 지난달 12일 민간업체와 기술 이전 계약을 체결하는 등 발빠르게 상업화될 예정이다.

광주과학기술원(GIST)은 이산화탄소로 자동차 연료로 사용 가능한 친환경 부탄올을 고효율 생산하는 기술을 개발했다. 구리(Cu) 금속에 인(P)을 도입한 전기화학 촉매를 이용해 기존보다 70배 이상 효율을 높인 부탄올 생산에 성공했다. 부탄올은 휘발유를 대체할 수 있는 수송에너지로 에너지 밀도가 높아 고연비를 실현할 수 있다. 페인트, 잉크, 본드를 만들 때, 반도체와 정밀기계의 세정제로도 사용이 가능하다. 식품, 비누, 화장품 등에도 활용된다.

GIST는 또 지난달 이산화탄소를 파킨슨, 헌팅턴병 등 중추신경계 질병의 치료제로 쓰이는 비천연 감마아미노산으로 전환하는 기술을 개발하기도 했다. 그동안에도 비천연 감마아미노산 합성법들이 존재했지만 다단계 반응이어서 비용이 많이 들고 독성 및 폐기물이 다수 발생하는 단점이 있었다. GIST 연구팀은 빛 감응이 가능한 이리듐 촉매를 이용해 유기물질 알렌과 이산화탄소, 아민을 이중 기능화해 최대 96%의 수율로 비천연 감마아미노산을 얻는 데 성공했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr