[뉴스웍스=문병도 기자] 온실가스인 ‘이산화탄소’를 없애는 동시에 ‘수소’와 ‘전기’를 더 쉽고 빠르게 생산하는 새로운 시스템이 개발됐다.

김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학부 교수팀이 시스템을 분리하는 멤브레인이 필요 없는 ‘멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리’를 개발했다.

이산화탄소를 제거하는 동시에 유용한 자원을 생산하는 ‘이산화탄소 활용 및 저장기술(CCUS)’이 주목받고 있다. 

이산화탄소로 전기에너지를 생산하는 ‘금속-이산화탄소 전지’ 기술도 그 중 하나이다. 금속-이산화탄소 전지는 반응이 지속되면 전극에 쌓이는 고체생성물 때문에 전지용량이 떨어지는 단점이 있다.

김정원 UNIST 에너지공학과 석‧박사통합과정 연구원은 “수계-금속 이산화탄소 시스템은 ‘금속-이산화탄소 전지’와 달리 반응 생성물이 기체와 이온 형태로 존재한다는 점에서 지속적으로 구동 가능한 효율적인 CCUS 기술”이라고 설명했다.

기존 ‘수계 금속-이산화탄소 시스템’과 달리 전극 분리막이 없어 제조 공정이 간단할 뿐만 아니라 한 종류의 전해질만으로 지속적인 동작이 가능하다.

‘멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리는’은 음극(마그네슘 금속), 수계전해질, 양극(촉매)만을 필요로 한다.

수소 발생 효율이 92%로 높을 뿐만 아니라 충전 반응에서 생성되는 산소와 염소도 유용하게 쓸 수 있다.

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

전동협 동국대학교 기계시스템공학 교수는 “시뮬레이션 결과 멤브레인 프리 수계 금속-이산화탄소 배터리의 성능 저하 원인을 정밀하게 찾아 낼 수 있었다”며 “문제점의 정확한 진단을 통해 지금보다 향상된 이산화탄소 활용 배터리를 개발할 수 있을 것”이라고 전했다.

김건태 교수는 “제조 과정은 단순화하면서도 이산화탄소 활용도를 더 높인 ‘멤브레인 프리’ 기술로 수계 금속-이산화탄소 시스템의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라며 “이번 연구는 단순히 새로운 이산화탄소 활용 시스템 개발에 그치지 않고 더 많은 파생 연구로 이어질 것”이라고 설명했다.

한국동서발전, 과학기술정보통신부-한국연구재단 (NRF) 등 지원으로 이뤄지고 리밍 다이 뉴 사우스 웨일즈 대학교 교수가 참여한 이번 연구결과는 에너지 분야 세계적 권위지인 ‘나노에너지’에 1월 4일자로 온라인 공개돼 출판을 앞두고 있다.