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고체산화물 전해전지 내에서의 CO2의 전기화학적 전환

전문가 제언: ○ 최근 풍력, 태양광, 지열, 수력 등 많은 신재생에너지원이 전기를 위주로 생산되고 있다. 이에 따라 이러한 전기를 화학에너지로 전환하는 기술에 대한 관심이 점차 증대되고 있다. 특히, 에너지 전환효율이 90%에 육박하는 고체산화물 전해전지(solid oxide electrolysis cells, SOECs) 내에서의 CO2의 CO로의 전기화학적 변환은 비록 기술적으로 성숙되어 있지는 않지만, 신재생에너지를 향후 공정에 사용할 수 있는 합성가스(CO + H2) 형태의 화학에너지로 저장할 수 있는 가능성을 보여주기 때문에 주목을 받고 있다.
○ CO2 환원에 의한 CO로의 변환에 있어서 가장 큰 도전과제는 에너지효율을 높이는 것으로, 비록 고체 산화물 연료전지(solid oxide fuel cells, SOFCs)용 전극 및 전해질에 대해서는 많은 연구들이 이루어져 있지만, SOECs에 적용될 수 있는 완전한 소재의 조합에 대한 연구는 이루어진 것이 없는 바, 실용화를 위해서는 충분한 성능, 강인성, 그리고 경제성 있는 고온 전해용 소재의 개발이 특히 중요하다고 생각된다.
○ 지난 2011년까지는 주로 CO2 포집과 저장 기술에 집중되었지만, 2012년부터 CO2 활용에 대한 연구가 본격 진행되고 있다. 미국의 ARPHE의 CO2 전환기술 대다수는 전기화학적 기술을 사용하고 있으며, 유럽의 여러 연구소를 중심으로 산소이온전도성 세라믹 기반 고온전기분해 수소생산 및 CO2 전환을 위한 셀 및 스택의 효율 내구성 향상 연구가 진행 중에 있다.
○ Columbia 대학과 덴마크 Riso 연구소 공동으로 CO2/H2O 동시 전기분해에 의한 합성가스 생산 수율 향상 연구를 추진 중이며, 노르웨이의 품질경영 국제인증기관인 DNV에서는 태양에너지를 동력으로 하는 트레일러에 CO2를 활용하여 포름산(Formic Acid)를 생산하는 시험용 전기화학적 변환기를 설치하여 그 경제성을 입증했다. 최근에 Illinois 대학에서 폐 CO2를 합성 가스로 변환시킬 수 있는 새로운 촉매의 합성에 성공했다고 발표했다.
○ 우리나라의 CO2 전환 기술의 개발은 “한국 이산화탄소 포집 및 처리 연구개발센터(KCRC)”를 주축으로 추진되고 있으며 이 밖에도 관련 연구를 서강대 화학과, KIST 청정에너지연구센터, 한국화학연구원 환경자원공정연구센터 등에서 수행하고 있다. 특히, KCRC에서는 수소함유 폐 혼합가스를 이용하여 고온 분리막 반응기에 의한 CO2의 CO로의 전환 기술 개발을 추진 중에 있다.

저자: S. Uhm, Y.D. Kim
자료유형: 니즈학술정보