울산과학기술원(UNIST) 연구진이 지구온난화 주범인 이산화탄소를 없애는 동시에 전기와 수소를 생산하는 시스템을 개발했다.

10일 김건태 에너지 및 화학공학부 교수팀은 '하이브리드 나트륨 금속-이산화탄소 시스템'(Hybrid Na-CO₂ system)을 개발했다고 밝혔다.

이 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용하는 전지 시스템인데, 작동 과정에서 이산화탄소는 제거하고 전기와 수소를 생산한다.

▲ 하이브리드 나트륨-이산화탄소 시스템에서 반응이 일어나는 과정 모식도

현재 인류가 배출하는 이산화탄소 대부분은 바다에 흡수돼 바닷물을 산성으로 바꾼다.

이 현상에 주목한 연구진은 이산화탄소를 물에 녹여 전기화학적 반응을 유도하는 아이디어를 고안했다.

산성도가 높아지면 양성자가 많아져 전자를 끌어당기는 힘이 세지는데, 이를 이용해 전지 시스템을 만들면 이산화탄소를 제거하면서 전기를 생산할 수 있다고 본 것이다.

하이브리드 나트륨 금속-이산화탄소 시스템은 연료전지처럼 음극(나트륨 금속), 분리막(나시콘), 양극(촉매)으로 구성된다.

다른 전지와 달리 촉매가 물속에 담겨 있으며, 음극과 도선으로 연결된 상태다.

물에 이산화탄소를 불어넣으면 전체 반응이 시작돼 이산화탄소는 사라지고, 전기와 수소가 만들어진다.

이때 이산화탄소 전환 효율은 50%로 높은 수준을 보인다.

특히 이 시스템은 전극 손상 없이 1천 시간 이상 작동되는 안정성을 보였다.

자발적인 화학반응을 유도해 이산화탄소 활용과 제거에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

김 교수는 "기후변화에 대응하기 위해 이산화탄소 활용과 저장 기술(CCUS)이 주목받고 있다"면서 "이번 연구는 단순히 새로운 이산화탄소 활용 시스템에 그치지 않고 더 많은 파생 연구로 이어질 것이며 전해질과 분리막, 시스템 설계, 전극 촉매 등이 개선되면 더 효과적으로 이산화탄소를 줄이면서 수소와 전기를 생산할 수 있을 것"이라고 내다봤다.

이번 연구는 과학저널 셀(Cell) 자매지인 '아이 사이언스'(iScience)에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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