이미지 캡션

연구팀은 전기화학적 CO₂ 전환 기술의 핵심 난제 중 하나인 ‘CO₂ 공급 제한’ 문제를 생물 촉매 기반 전략으로 해결했다. 탄산무수화효소(bovine carbonic anhydrase, bCA)를 탄소나노튜브(CNT)에 고정하면 수백일 이상 효소의 활성이 유지되는데, 이를 비스무트(Bi) 금속 촉매와 결합해 금속-효소 하이브리드 전극(M-bCA cathode)을 제작한 것이다.

이 시스템은 촉매 표면에 형성된 중탄산염으로부터 CO₂를 빠르게 재생해 촉매에 공급함으로써 기존 전극 대비 반응 속도를 최대 3.3배까지 향상시켰다. 또한 별도 정제 과정 없이도 15% 이상의 고농도 개미산(formic acid)을 전해질과 섞이지 않은 형태로 직접 생산하는 데 성공했다. 개미산은 산업적 용도 외에도, 수소 저장 매체 및 탄소 중립적인 액체 연료로도 사용될 수 있다.

특히 이번 기술은 고체전해질 기반의 새로운 전해 시스템을 적용해 고순도 액체 연료를 직접 제조할 수 있는 기반 기술로 평가받고 있으며, 탄소 자원화 기술의 산업적 실현을 앞당길 수 있는 전환점으로 주목받고 있다.

박기태 교수는 “효소 기반 CO₂ 공급 메커니즘을 전기화학 시스템에 성공적으로 통합함으로써, 탄소 중립 사회를 위한 실용적 탄소 자원화 기술 상용화의 토대를 마련했다”고 말했다.

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

※ 논문 바로가기: Boosting Current Density of Electrocatalytic CO₂ Reduction using Metal-Enzyme Hybrid Cathodes(https://doi.org/10.1002/anie.202504380) 

(뉴스저널코리아) 김도영 기자

(끝)