[요약]
- 이산화탄소에서(CO2) 탄소 성장을 방해하는 산소(O)를 빼내기 위해 수소(H2)와 반응시키고, 이때 만들어진 메탄(CH4)을 열분해하는 방식으로 고품질 나노탄소 제조에 성공
- 반응기 내 가스 조성을 분석하여 단일벽 탄소나노튜브의 정밀 구조를 규명하여 이산화탄소(CO2)로부터 이차전지의 핵심소재로 각광받고 있는 나노탄소를 확보할 수 있을 전망
- 한국생산기술연구원(KITECH) 김정필 수석연구원, 양정훈 선임연구원 연구팀은 이산화탄소(CO2)를 고품질 나노탄소로 전환하는 공정을 세계최초로 개발
- 탄소중립 실현과 산업적으로 고부가가치 소재를 생산하기 위해 2022년 과기정통부의 ‘개인기초연구사업’으로 시작된 연구로 24년 12월 CO2에서 탄소나노튜브를 제조하는 성과를 발표
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- 한국생산과학기술원은 이산화탄소 배출로 인한 기후 변화 문제를 해결하기 위한 탄소중립 기술 개발의 일환으로 탄소절감과 고부가가치 소재 생산이라는 혁신적인 공정 기술 개발에 주목
- 고품질 나노탄소 전환 공정은 CO2를 수소와 1차 반응시켜 메탄(CH4)을 생산한 후, 2차 과정으로 열분해를 진행해 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs)를 제조하는 기술
- 연구진은 고품질 나노탄소전환 공정을 통해 얻은 단일벽 탄소나노튜브의 특성을 분석하여 이차전지에 활용했을 때 전해질과 계면 형성에 미치는 영향을 연구하여 전해질 안정성, 초기 쿨롱 효율*, 가역 용량** 측면에서의 성능개선을 확인
* 쿨롱효율(Coulombic Effciency) : 배터리 가역성을 의미하는 용어 중 하나로, 충전용량과 방전용량의 비를 백분율로 표현한 개념
** 가역용량 : 충방전이 가능한 전기량, 활물질의 충전량에서 비가역 용량을 뺀 값 - 연구진은 단일벽 탄소나노튜브(SWCNTs)가 강한 전기적, 열적 전도성과 기계적 강도를 가지고 있어 다양한 산업 분야에서 기존 소재를 대체하는 효과를 가져올 것으로 예상하고 있으며, CO2를 원료로 사용하여 탄소중립에도 기여하는 혁신적인 기술이라 자평
- 한국생산과학기술원은 이산화탄소 배출로 인한 기후 변화 문제를 해결하기 위한 탄소중립 기술 개발의 일환으로 탄소절감과 고부가가치 소재 생산이라는 혁신적인 공정 기술 개발에 주목
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- 본 성과는 ACS(Amecrican Chemical Society)의 국제학술지 Applied Materials & Interfaces와 Energy & Fuels에 게재되어 기술적 우수성을 인정받았으며, 후속 연구로 단일벽 탄소나노튜브 소재를 이차전지 성능 향상에 활용하는 방안을 모색하고 있음
- 고품질 탄소나노튜브 전환 공정은 환경적, 경제적, 산업적으로 중요한 의의를 지니는 것으로 평가되며, 탄소중립 및 지속 가능한 기술 발전의 중요한 전환점 역할을 할 수 있을 것으로 기대됨
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- CO2를 원료로 활용하여 고부가가치 나노탄소를 생산함으로써 기후변화 대응에 긍정적으로 기여
- CO2를 대기중에서 제거하는 데서 그치지 않고 유용한 자원으로 전환하여 경제적 가치를 창출하는 점에서 다른 기후변화 대응 기술 중에서 차별성과 우수성을 확보
- 또한, 전통적인 화석연료 기반의 나노탄소 생산방식과 대비하여 기타 유해 물질을 발생하지 않는 점에서 친환경 공정으로 산업 전환을 주도할 수 있는 중요 기술임
- CO2를 원료로 활용하여 고부가가치 나노탄소를 생산함으로써 기후변화 대응에 긍정적으로 기여
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- 첨단산업에서 수요가 급격히 증가하고 있는 소재인 탄소나노튜브를 경제적으로 확보할 수 있어 산업발전에 기여
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- 단일벽 탄소나노튜브는 전자기기, 이차전지, 반도체 등 첨단 산업에서 필수소재로 각광받고 있으며, 높은 전기/열적 전도성, 기계적 강도, 내구성 등의 특징으로 활용도가 무궁무진 함
- 고품질 탄소나노튜브 전환 공정을 통해 생산하는 단일벽 탄소나노튜브는 원자 수준에서 정밀한 구조제어가 가능하여 소재의 성능을 최적화 할 수 있는 점에서 소재 산업 경쟁력 확보에 큰 기여를 할 수 있음
- 또한, 고비용 원료를 사용하는 기존의 석유화학 기반 합성 공정과 달리 CO2를 사용해 원료 비용을 절감하여 필수 소재를 저비용으로 생산할 수 있다는 측면에서 새로운 소재 산업으로 자리 잡을 가능성이 높음
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- 첨단산업에서 수요가 급격히 증가하고 있는 소재인 탄소나노튜브를 경제적으로 확보할 수 있어 산업발전에 기여
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- 단일벽 탄소나노튜브는 이차전지의 성능을 크게 향상시켜 지속 가능한 에너지 산업의 발전을 견인하고, 우수한 특성과 활용성을 바탕으로 다양한 첨단산업 분야에 응용되어 산업 간 융합을 촉진할 전망
[시사점]
- 고품질 나노탄소 전환 공정 기술은 CO2 배출을 억제를 넘어 자원으로 전환하는 친환경 기술의 새로운 패러다임을 제시하는 기술로 평가할 수 있음
- 첨단 산업 전반에 걸쳐 중요 소재로 각광받는 나노탄소를 국내에서 자체생산 할 수 있는 기술적 기반을 마련함으로써 국내 첨단 산업의 글로벌 경쟁력을 높이는데 주요한 역할을 할 전망
[출처]
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- NewsTree, 이산화탄소로 이차전지 핵심소재 만든다, 2024. 12. 17
- 파이낸셜뉴스, 이산화탄소로 1kg에 수백만원 소재 만든다, 2024. 12. 16
- 전자신문, 생기원, CO2 고품질 나노탄소 전환 공정기술 ‘세계 최초’ 개발, 2024. 12. 16
