[넷제로뉴스] 이산화탄소(CO₂)를 고효율 액체 연료로 전환하는 기술이 국내 연구진의 손에 의해 한층 더 진보했습니다. 

건국대학교 화학공학부 박기태 교수 연구팀은 고려대학교, KAIST 연구진과 공동으로 차세대 전기화학 시스템을 개발해, 이산화탄소 자원화 기술의 산업적 실현 가능성을 크게 앞당겼다고 밝혔습니다.

이번 연구는 화학 분야 세계 최고 권위 학술지 중 하나인 'Angewandte Chemie'(IF=16.9) 2025년 7월호에 표지 논문으로 선정되며, 국제 학계의 주목을 받고 있습니다.

▶ 생물촉매 기반 전극…효소와 금속이 융합된 ‘하이브리드’ 기술

연구팀이 해결하고자 한 기술적 과제는 전기화학적 CO₂ 전환 기술에서 가장 큰 병목현상 중 하나인 ‘CO₂ 공급 제한’ 문제였습니다. 이를 위해 박기태 교수팀은 ‘탄산무수화효소(bovine carbonic anhydrase, bCA)’를 탄소나노튜브(CNT)에 고정시켜 장기간 활성도를 유지하게 했고, 이를 다시 비스무트(Bi) 금속 촉매와 결합시켜 ‘금속–효소 하이브리드 전극(M–bCA cathode)’을 제작했습니다.

이 전극은 촉매 표면에 형성되는 중탄산염(HCO₃⁻)으로부터 이산화탄소를 재생하여 공급하는 메커니즘을 구현함으로써, 기존의 금속 전극 대비 반응 속도를 최대 3.3배까지 끌어올릴 수 있었던 것으로 나타났습니다.


◇그림 S4. CO2RR 성능 테스트를 위한 H형 셀 실험 설비의 구성(좌). 그림 S9. (a) MEA형 단일 셀의 제작 과정과 (b) CO2RR 성능 테스트를 위한 실험 설비(우).
▶ 고순도 개미산 직접 생산…‘넷제로 연료’로서도 주목

이 기술은 기존과 달리 별도 정제 공정 없이도 전해질과 섞이지 않은 순수 개미산(formic acid)을 15% 이상의 고농도로 직접 생산할 수 있다는 점에서 실용성이 매우 높다고 평가받고 있습니다.

개미산은 단순한 화학 원료를 넘어 ▲수소 저장 매체로의 활용 가능성 ▲산업용 저탄소 연료 ▲전기차용 대체 연료 등의 가능성도 열어두고 있는 물질로, 이번 연구성과는 탄소중립 사회를 위한 새로운 청정 연료 플랫폼의 등장을 알리는 신호탄이 될 수 있다는 분석입니다.

또한 연구진은 이 기술을 고체전해질 기반의 새로운 전기화학 전해 시스템에 적용해, 액체 연료를 직접 고순도로 제조할 수 있는 기반 기술로도 확장시켰습니다.


자료: 건국대
▶ CO₂ 자원화 산업의 ‘상용화 토대’ 마련

박기태 교수는 “효소 기반 CO₂ 공급 메커니즘을 전기화학 시스템에 성공적으로 통합함으로써, 탄소중립 사회를 위한 실용적 탄소 자원화 기술 상용화의 토대를 마련했다”고 강조했습니다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 국가연구개발사업의 지원을 받아 진행되었으며, 건국대 박기태 교수와 강여민·도영진 박사과정생, 고려대 김중배 교수와 김윤재 박사과정생, KAIST 이진우 교수가 공동으로 참여했습니다.