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CO2 전기분해의 미래: 폐기가스를 유용한 화학물질로 전환하는 방법?
글로벌 기후 변화의 도전에 직면하여, 과학계에서는 산업 활동에서 배출되는 이산화탄소(CO2) 배출을 줄이기 위한 다양한 혁신 기술을 모색하고 있습니다. 이산화탄소 전기분해 환원(CO2RR)은 전기를 사용하여 CO2를 다양한 유용한 화학 물질로 전환하는 것을 목표로 하는 새로운 기술입니다. 이 과정은 탄소 포집 및 활용(CCU)의 중요한 구성 요소가 될 수 있습니다.
최신 연구에 따르면 CO2RR은 개미산(HCOO-), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4) 및 에탄올(C2H5OH)과 같은 화합물을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 기업에 거의 탄소 중립적이고 일치하는 경로. 이 기술의 개발은 Siemens, Dioxide Materials, Twelve, GIGKarasek을 포함한 많은 회사의 관심을 끌었으며, 2021년 파일럿 단계에 들어섰습니다.
“가장 큰 과제는 전기 비용이 비교적 비싸고 CO2가 종종 산소와 섞여서 환원하기 전에 정화해야 한다는 사실입니다.”
이산화탄소의 전기 분해 환원의 역사는 19세기로 거슬러 올라가는데, 당시 아연 음극을 사용하여 CO2를 일산화탄소로 환원했습니다. 그러나 1970년대 석유 금수조치의 영향으로 1980년대에 연구가 가속화되었습니다. 현재 여러 가지 첨단 전해조 시스템이 개발 중이며, 이는 공기에서 직접 CO2를 포집하거나 강염기와 아민 기반 흡수제를 사용하여 CO2를 추출하고 비교적 낮은 에너지 소비로 환원 과정을 수행합니다.
이 과정에서는 촉매의 선택이 중요합니다. 다양한 금속 촉매는 다양한 제품을 생산하는 데 있어 각기 다른 선택성을 갖습니다. 예를 들어, 구리 촉매는 메탄, 에틸렌, 에탄올과 같은 다양한 환원된 생성물을 생성할 수 있는 반면, 주석이나 비스무트와 같은 다른 촉매는 포름산을 생성하는 것을 선호합니다. 산업계에서는 요소와 메탄올 등 일부 화학물질이 이미 이산화탄소를 원료로 사용하여 생산되고 있습니다.
CO2에서 화학 물질 추출 가능성"촉매의 구성은 전해질의 성능에 결정적이며, 가스 확산 전극은 생산성을 향상시키는 데 핵심적인 것으로 간주됩니다."
광합성 동안 식물은 이산화탄소를 당으로 전환할 수 있으며, 이는 다양한 생합성 경로의 원료가 됩니다. 하지만 산업적으로 도입하기 위해서는 아직 몇 가지 과제가 남아 있다. 오늘날 많은 전해환원 기반 기술은 아직 상용화되지 않았으며, 특히 실온에서 작동하는 전해 전지는 더 많은 기술적 혁신이 필요합니다. 그 대신, 고체 산화물 전해조(SOEC)는 높은 온도에서 CO2를 CO로 효율적으로 전환할 수 있으며 상업적으로 이용 가능합니다.
전기분해 환원 기술의 매력은 재생 에너지와 결합하여 탄소 배출을 줄이고 지속 가능한 개발을 달성하는 데 도움이 될 수 있다는 점에 있습니다. 일부 기술은 주변 조건에서도 작동할 수 있으므로 기존 화학 공장보다 확장 및 조정이 쉽습니다. 현재, 이산화탄소의 전기분해 환원의 궁극적인 목적은 이산화탄소를 에틸렌 및 그 유도체와 같은 고부가가치 화학물질로 전환하는 것입니다.
"적절한 촉매를 생산하고 반응 조건을 제어하는 것은 CO2 기술의 전기 분해 환원 응용을 발전시키는 데 핵심이 될 것입니다."
이산화탄소의 전기분해 환원에는 아직 몇 가지 기술적 과제가 있지만, 미래 개발의 잠재력을 무시할 수는 없습니다. 재생 에너지와 탄소 중립 목표에 대한 관심이 커짐에 따라, 더 많은 회사가 이 기술의 잠재력을 탐색하기 시작할 가능성이 높으며, 가까운 미래에 이 기술을 사용하여 더 많은 제품이 산업적으로 생산될 것으로 예상됩니다.
이러한 추세 속에서, 미래의 지속가능한 화학물질 생산을 위한 핵심 기술이 되기 위해 우리는 어떻게 이산화탄소의 전기분해 환원에 적극적으로 참여하고 홍보해야 할까요?
