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[IT뉴스]이산화탄소를 항공유 원료로…내구성·성능 높인 전기분해장치

온카뱅크관리자

2026-05-24 12:07:28

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 산업용 화학소재 생산에 활용하는 SOEC의 내구성과 성능을 높이는 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공.
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 국내 연구팀이 이산화탄소를 전기분해해 항공유·플라스틱 원료 등 고부가가치 화학연료로 만드는 '고체산화물 전기분해장치(SOEC)'의 내구성과 성능을 동시에 높이는 데 성공했다. 고온에서 전해질 층이 갈라지는 문제를 줄이면서 이산화탄소 전환 효율이 크게 향상돼 상용화 가능성을 높였다는 평가다.
 한국화학연구원(화학연)은 김민철 선임연구원과 박지훈·이진희 책임연구원팀이 고온 운전 과정에서 발생하는 '계면 박리' 현상을 줄이고 이온 이동성을 높이는 새로운 SOEC 전해질 구조를 설계했다고 24일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'에 지난 3월 게재됐다.
 SOEC는 이산화탄소에 전기를 가해 일산화탄소로 전환하는 장치다. 생산된 일산화탄소는 수소와 결합해 합성가스가 되며 지속가능 항공유·메탄올·플라스틱 등 다양한 산업 화학소재 생산에 활용될 수 있다.
 기존 고성능 SOEC에는 '이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)'와 '가돌리늄 도핑 세리아(GDC)'를 함께 사용한다. YSZ는 내구성이 좋지만 산소 이온 이동성이 낮고 GDC는 이온 이동성이 높은 대신 내구성이 약하다.
 두 소재는 서로의 단점을 보완하지만 열팽창률 차이 때문에 1300~1400도 고온 제조 과정에서 '계면 박리' 현상이 발생한다. 계면 박리는 서로 다른 정도로 팽창·수축해 층 사이가 갈라지는 현상으로 장기 운전 시 성능 저하와 수명 단축을 일으킨다.
 연구팀은 두 소재 사이에 복합 중간층을 삽입하는 방식으로 계면 박리를 줄였다. 두 소재의 열변형 차이를 흡수하도록 '완충 쿠션층'을 넣은 것이다.
 흡수 과정에서 복합층이 새로운 구조를 형성해 계면 접착력과 산소 이온 이동성을 동시에 높이는 것으로 드러났다.
 그 결과 성능이 크게 향상됐다. 단위 면적당 이산화탄소 처리 속도를 의미하는 '전류밀도'는 기존 대비 약 3.6배 증가했다. 1.6볼트 고부하 조건에서 80시간 연속 운전 후에도 초기 성능의 91%를 유지했다.
 복합층 개발에는 고가 장비 없이 용액에 담갔다 빼는 '딥 코팅' 공정을 적용해 제조 비용과 공정 복잡도를 낮췄다.
 현재 연구팀은 개발한 기술을 더 큰 면적의 SOEC에 적용하는 연구를 진행 중이다. 향후 발전소·제철소·석유화학 공장 등에서 포집한 이산화탄소를 재활용하는 탄소중립 산업 인프라에 활용될 것으로 기대했다.  
 신석민 화학연 원장은 “SOEC 상용화를 가로막던 내구성 문제를 해결하는 동시에 이산화탄소 전환 효율도 높인 성과”라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1002/advs.202518091
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 박지훈(왼쪽부터), 이진희 책임연구원, 루스탐 율다셰프 화학연-UST 학생연구원, 김민철 선임연구원, 곽종민, 남원빈 석사후연구원. 화학연 제공.
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 [조가현 기자,문혜원 인턴기자 gahyun@donga.com,moony@donga.com]
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