건국대-고려대-KAIST, 이산화탄소를 고효율 액체 연료로 전환하는 차세대 시스템 개발

건국대학교 박기태 교수(화학공학부) 연구팀이 고려대학교, KAIST 연구진과 함께 이산화탄소(CO₂)를 고효율 액체 연료로 전환하는 전기화학 시스템을 개발하며 국제적 주목을 받고 있다. 이번 성과는 화학 분야 세계 최고 권위 학술지 중 하나인 Angewandte Chemie(앙게반테 케미)(IF=16.9) 2025년 7월호 표지 논문으로 선정됐다.

이번 연구는 전기화학적 CO₂ 전환 기술의 주요 난제였던 ‘CO₂ 공급 제한’을 해결하기 위해 생물 촉매 기반 전략을 도입했다. 연구진은 탄산무수화효소(bovine carbonic anhydrase, bCA)를 탄소나노튜브(CNT)에 고정해 수백 일 이상 효소 활성을 유지하는 데 성공했으며, 이를 비스무트(Bi) 금속 촉매와 결합해 금속-효소 하이브리드 전극(M-bCA cathode)을 제작했다.

이 하이브리드 전극은 촉매 표면에서 중탄산염으로부터 CO₂를 빠르게 재생해 공급함으로써 기존 전극 대비 최대 3.3배의 반응 속도 향상을 이끌어냈다. 특히 별도의 정제 과정 없이도 15% 이상의 고농도 개미산(formic acid)을 전해질과 분리된 상태로 직접 생산할 수 있어 산업적 활용 가능성을 크게 높였다. 개미산은 수소 저장 매체 및 탄소중립 액체 연료로서의 활용이 기대되는 물질이다.

연구진은 또한 고체전해질 기반의 새로운 전해 시스템을 적용해 고순도 액체 연료를 직접 제조할 수 있는 기술적 기반을 확보했다. 이는 탄소 자원화 기술의 산업적 실현 가능성을 앞당길 수 있는 중요한 전환점으로 평가된다.

박기태 교수는 “효소 기반 CO₂ 공급 메커니즘을 전기화학 시스템에 성공적으로 통합함으로써, 탄소중립 사회를 위한 실용적 탄소 자원화 기술의 상용화에 한 걸음 더 다가섰다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 국가연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 건국대 박기태 교수와 강여민·도영진 박사과정생, 고려대 김중배 교수와 김윤재 박사과정생, KAIST 이진우 교수가 공동으로 참여했다.