상용화에 좀 더 가까운 이산화탄소 - 에틸렌 제조 공정

 (Upcycling HP-cCO2 into C2H4. Credit: Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01411-9)

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과학자들은 이산화탄소를 유용한 물질로 바꾸기 위해 많은 기술을 개발했습니다. 기후 변화를 막기 위해 이산화탄소를 분리하고 저장하는 일은 어렵지 않지만, 이를 매립하는 것은 장기적으로 봐서 막대한 비용과 함께 적합한 매립 장소를 확보해야 하는 문제가 있기 때문입니다.

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그런데 이산화탄소는 기본적으로 산소와 탄소가 매우 단단히 결합해 있어 이를 분리해기가 쉽지 않습니다. 따라서 여기서 에너지가 많이 들어가 비용이 올라갑니다. 현실에서는 이것 이외에도 다른 과정에서 낭비되는 에너지가 적지 않습니다.

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사우디 아라비아의 킹 압둘 과기대 (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST)의 추 루 (Xu Lu) 교수 연구팀은 이 문제 중 하나를 해결할 수 있는 방법을 개발했습니다.

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연구팀은 실제 분리 포획해서 저장하는 이산화탄소가 대개 고압 상태라는 점에 주목했습니다. 기존의 이산화탄소 가공 과정은 일단 고압으로 저장한 이산화탄소를 다시 낮은 압력에서 반응시킨 후 결과물을 압축시키는 과정을 동반해 에너지 효율이 낮았습니다.

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연구팀은 고압 이산화탄소를 바로 용액에 녹인 후 촉매를 이용한 전기 화학 반응을 이용해 에틸렌으로 바꾸는 방법을 개발했습니다. 연구팀에 따르면 이 방법은 고압 이산화탄소를 바로 에틸렌으로 바꿀 수 있을 뿐 아니라 높은 수율로 값비싼 정제 과정을 줄인 덕분에 경제성이 뛰어납니다.

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연구팀에 따르면 에틸렌 1톤 생산에 필요한 에너지는 0.8 기가줄 (Gigajoule)이고 비용은 1240달러로 현재 에틸렌 가격을 생각하면 충분한 경제성이 있습니다. 에틸렌은 석유 화학 공업에서 중요한 기본 소재로 플라스틱, 천, 건설 자재 등의 원료가 되며 연간 2000억 달러 이상의 시장을 형성하고 있습니다.

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뭔가 지나치게 좋은 이야기 같지만, 아무튼 상용화를 위한 도전은 필요합니다. 이산화탄소를 이용한 석유화학 대체 산업이 가능할지 주목됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2025-09-high-pressure-electrolysis-sustainably-captured.html

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Liang Huang et al, Electrocatalytic upcycling of high-pressure captured CO₂ to ethylene, Nature Catalysis (2025). DOI: 10.1038/s41929-025-01411-9

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