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자원의 미래를 연구하다

미활용 탄소자원의 고부가가치를 창출하는 차세대 탄소자원화 연구단

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과제현황

총괄4신재생 에너지 기반 CO2 전환 산화-환원 융합 공정 기술 개발
  • 총괄과제책임자 : 신운섭
  • 소속 : 서강대학교
  • 연구실 전화 : 02-705-8451
  • 이메일 : shinws@sogang.ac.kr

연구개발목표

  • 간헐적인 신재생에너지 활용에 적합한 전기화학적 공정을 통해 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 재활용하여 다양한 C2+ 화합물을 생산하는 기술로서 경제성과 에너지 효율을 높일 수 있는 공정 개발
  • CO2의 옥살산 전기화학적 전환 공정 개발 (이산화탄소 1 kg/day 전환)
  • CO2의 에틸렌 전기화학적 전환을 위한 전기화학 촉매 및 융합시스템 개발

연구개발내용

  • CO2의 옥살산 전환
    • CO2→옥살산염 → 옥살산 전환 연계 공정 개발 및 규모 확대(CO2 1 kg/day batch), 규모에 있어서 세계 최고의 실증이 됨
    • 옥살산염 생성 전류 효율 향상 및 옥살산 생성 전환 효율 최적 반응 도출
    • 옥살산의 Glycolic acid로의 고부가화 반응 개발
  • CO2의 에틸렌 전환
    • 고효율 CO2 전환 에틸렌 생산 전기화학셀 시스템 개발
    • 고효율, 고내구성 CO2-to-에틸렌 전환 촉매 개발
    • 고효율, 고내구성 물산화 촉매 개발

활용계획 및 기대효과

  • 신재생에너지 활용에 적합한 효율적인 이산화탄소의 전기화학적 전환 독자적 기술 확보에 의한 CCU 기술경쟁력 확보로 기후변화협약 능동적 대처
  • 기존의 C1 화합물 전환 위주의 전기화학적 전환 공정에서 C2 화합물 이상을 생성하는 공정 확보로 향후 다양한 전환 루트를 제공하는 기반 마련
  • 산화-환원 반응 연계를 통한 실증적 기술 확보
  • 간헐적인 신재생에너지와의 연계를 통한 이산화탄소 전환 기술 기반 확보

세부 및 위탁과제

  • 세부1CO2 의 옥살산염 및 옥살산으로의 전환 기술 및 공정 개발 (신운섭, 서강대학교)
  • 세부1 - 위탁전기화학적 이산화탄소 전환 옥살산 생성 촉매반응기작 연구 (권영국, 울산과학기술원)
  • 세부2전기화학전지를 이용한 이산화탄소 전환 에틸렌 제조 기술 개발 (오형석, 한국과학기술연구원)
  • 세부3신재생에너지 기반 전기화학적 CO2 전환공정 및 스케일 업 기술개발 (현순택, ㈜테크윈)

대표그림

  • 전기화학적 전환기술은 상온/상압에서 활용 가능하기 때문에 간헐적으로 구동될 수밖에 없는 신재생에너지와의 연계가 수월하고, 전기에너지가 가장 낮을 때를 활용하여 간헐적으로 구동하여 활용도 및 경제성을 높일 수 있는 장점이 있음
  • CO2의 옥살산 전환 공정’은 이산화탄소의 환원 시 함께 일어나는 산화반응을 활용하여 옥살산염을 효과적으로 생성한 후 이를 옥살산으로 전환하는 상압, 상온의 프로세스이며, 소모되는 물질을 회수하여 재사용하고, 반응 용액도 재사용이 가능한 공정으로 계획되어 있어 발생하는 폐수나 폐기물이 없는 동시에 CO2만 옥살산으로 전환되어 회수되는 친환경적인 공정임
  • ‘CO2의 에틸렌 전환 공정’은 ① CO2를 전기화학적으로 에틸렌으로 전환하는 GDL 촉매전극 개발 연구, ② 물산화 촉매전극 개발 연구, ③ 대면적 CO2 전환 에틸렌 생산 전기화학 시스템을 제작 하고자 하며, 특히 다양한 플라스틱 제조 핵심 원료인 에틸렌 옥사이드 합성의 기초원료가 되는 “에틸렌 생산 기술 개발”을 목표로 함.