차세대 소재 '페로브스카이트'로 이산화탄소 잡는다

-KAIST, 페로브스카이트 상에서의 이산화탄소 열화학적 환원반응 기작 규명
-이재우 교수 연구팀, 이산화탄소의 환원 촉매 개발 및 최적화 성공
-탄소중립 시대에 발맞춰 탄소 포집 기술 조기 실현에 기여할 것으로 기대

[아시아경제 김봉수 기자] 차세대 태양광 소재 등으로 주목받고 있는 페로브스카이트로 이산화탄소를 효율적으로 포집·환원하는 기술이 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)는 이재우 생명화학공학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 상에서 발생하는 이산화탄소의 열화학적 환원반응의 기작을 규명하고, 반응을 최적화하기 위한 요인을 다변화하는 데에 성공했다고 13일 밝혔다.

페로브스카이트란 ABO3(A = 란탄족, B = 전이금속)의 분자식을 가진 입방체 구조의 산화금속으로 차세대 태양전지에 응용되는 물질로 알려져 있다.

연구팀은 이산화탄소의 환원반응 성능을 예측하기 위해 기존에 주로 활용돼왔던 산소 공공 형성 에너지 계산 외에도 수소 흡착에너지, 이온 전도도 및 이산화탄소의 흡착상태를 분석해 성능 예측의 정확도를 더욱 높일 수 있다는 것을 확인했다. 연구팀이 다변화에 성공한 요인을 통해 탄소중립 실현을 개발될 다분야의 이산화탄소 전환 및 환원 촉매의 성능을 더욱 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 'ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)'에 지난달 17일 온라인 게재됐고 표지 논문에도 선정됐다.

다양한 조성의 페로브스카이트의 요인 변화

페로브스카이트는 고온에서, 그리고 지속적인 산화환원을 거치면서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 산화탄소 환원반응 및 물 분해반응에 활용될 수 있는 물질로 주목받고 있다. 하지만 기존에는 다양한 조성의 페로브스카이트 상에서 이산화탄소 환원반응의 성능을 예측하는 요인으로 '산소공공 형성 에너지' 만을 활용했기 때문에 그 정확도가 다소 떨어진다는 단점이 있었다.

연구팀은 란타넘-니켈-철산화물(La2NiFeO6 분자식) 더블 페로브스카이트를 합성하고 란타넘-니켈산화물(LaNiO3)과 란타넘-철산화물(LaFeO3)과의 비교 분석을 실시했다. 페로브스카이트 내 니켈(Ni) 구역은 산소 공공의 형성뿐만이 아닌 수소 흡착과 이온 전도도를 향상하는 것을 통해 입자의 환원을, 철(Fe) 구역은 이산화탄소의 강한 흡착을 방지해 이산화탄소의 해리 반응을 촉진하는 것을 확인했다. 이에 La2NiFeO6 더블 페로브스카이트에서는 각 구역의 역할이 시너지로 발현돼 각각의 단일 페로브스카이트 대비 월등한 이산화탄소 전환을 보이는 것을 확인해 일련의 요인들이 모두 성능을 예측하는 데 활용될 수 있다는 것을 연구팀은 확인했다.

이 교수는 "페로브스카이트는 대량생산이 가능해 스크리닝 과정을 거쳐 최적화한 조성으로 페로브스카이트를 생산할 시, 이산화탄소를 전환해 활용하는 탄소 포집 및 활용저장 기술(CCUS)의 조기 실현에 기여할 것"이라고 설명했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr