[KISTI의 과학향기] 이산화탄소를 흡수하는 새로운 배터리

미국 MIT 연구진은 발전소에서 포획한 이산화탄소를 부분적으로 이용해 배터리의 일부분을 만들어 낼 수 있다고 보고했다. 현재 진행되고 있는 도전 과제인 금속 촉매를 이용해서 이산화탄소를 특정 화학 물질로 전환시키려는 시도 대신에, 연구진이 개발한 배터리는 배출되는 이산화탄소를 지속적으로 고체 탄산염으로 전환시킬 수 있다는 것이다. 아직은 초기 단계 연구이기에 상업화가 되려면 시간이 걸리겠지만, 새로운 형태의 배터리는 전기화학적으로 이산화탄소를 전환하는 반응을 조정하는 새로운 길을 열어, 대기의 온실가스 방출을 획기적으로 줄일 수 있게 될 것으로 기대된다. 관련 연구는 Joule지에 게제되었다 (DOI: 10.1016/j.joule.2018.09.002).

연구진이 설계한 배터리는 리튬 금속, 탄소와 전해질로 이루어져 있다. 현재 탄소 포획 시스템 장비를 갖춘 발전소는 생산하는 전략의 30%를 이산화탄소의 포획, 방출 및 흡수에 사용하고 있다. 따라서 탄소 포획 과정 비용을 줄일 수 있고, 이산화탄소를 가치 있는 최종 제품으로 만들 수 있는 공정은 현재의 경제 시스템을 획기적으로 바꿀 수 있다고 연구진은 주장했다.

하지만 이산화탄소이 포함된 반응은 매우 느려서 새로운 반응 경로는 찾으려는 노력이 중요하다고 연구진은 설명했다. 일반적으로 전기 화학적 조건 하에서 이산화탄소를 상당히 활성화 시킬 수 있지만, 공정이 비효율적이고, 고압의 에너지를 사용해야 한다는 문제가 있다. 이상적으로는 이산화탄소 기체를 유용한 화학물질이나 연료와 같이 가치 있는 무엇으로 만들어내는 것이다. 하지만 전기화학적 전환은 일반적으로 물에서 수행되며, 높은 에너지 투입과 생성되는 화학물질의 선택성이 좋지 않다는 문제를 가지고 있다.

이런 문제를 해결하기 위해, 연구진은 리튬 기반 배터리의 기초가 되는 비수성 전기화학 반응으로 포획한 이산화탄소를 이산화탄소가 탑재된 전해질을 만들 수 있는지를 조사했다고 말했다. 이산화탄소가 탑재된 전해질은 배터리의 세 가지 핵심 부분 중 하나이다.

이번에 개발된 접근 방식은 현재 사용되고 있는 탄소 포획 및 격리로 장기 저장을 위해 이산화탄소를 공기 중으로 다시 방출하는 것과는 다르다고 연구진은 설명한다. 이번에 개발된 방식은 발전소 폐수 처리 시스템에서 즉시 사용할 수 있는 배터리 주요 구성 요소 중 하나의 재료로 만들 수 있다는 점에서 다르다고 말했다.

<출처=KISTI의 과학향기>

URL: http://scent.ndsl.kr/site/main/archive/article/%EC%9D%B4%EC%82%B0%ED%99%94%ED%83%84%EC%86%8C%EB%A5%BC-%ED%9D%A1%EC%88%98%ED%95%98%EB%8A%94-%EC%83%88%EB%A1%9C%EC%9A%B4-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC?cp=1&pageSize=10&sortDirection=DESC&listType=list&catId=12&artClass=100