한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 이웅, 오형석, 나종걸 박사 연구팀은 화학 원료를 만들어내는 인공광합성 응용 기술, 즉 'e-케미컬'이 시장에서 가격경쟁력이 충분해 상용화가 가능하다고 9일 밝혔다.
KIST 연구팀은 투자비용 대비 생산성이 부족하다는 e-케미컬의 단점을 극복하기 위해 여러 화학원료를 동시에 생산하는 공정 기술을 제시했다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 e-케미컬 기술로 생산해 낼 수 있는 전기화학적 공정 295가지를 분석했다. 그 결과 패트병의 원료인 PET를 대체할 수 있는 푸란디카르복실산(FDCA)을 생산해 내는 것이 가장 경제성이 높다는 것을 찾아냈다. 이 웅 박사는 "폐목재나 톱밥에서 얻어낼 수 있는 유기화합물로 FDCA를 만드는데 산소를 만들어낼 때보다 전기에너지를 53% 적게 사용했다"고 말했다.
e-케미컬 기술은 태양광을 이용해 이산화탄소와 물만 가지고 에틸렌이나 알콜 등 화학물질을 만드는 기술이다. 이때 산화반응과 환원반응이 일어난다.
연구팀은 또 광범위한 기술경제성평가를 진행했다. 생산된 물질의 수익성은 판매했을 때 공장의 생애주기 동안 총 이윤과 투자비용을 상쇄하는 균등화 화합물단가를 정의하고 현재 시장가격과 비교를 통해 판단했다.
분석 결과, 동시생산공정의 경제성은 어떤 이산화탄소 환원반응을 선택하느냐 보다 어떤 유기산화반응을 선택하는지에 영향을 받았다. 연구팀은 기술경제성 분석의 신뢰도를 높이기 위해 전기화학반응시스템, 분리정제시스템, 유틸리티시스템, 그리고 재순환시스템 등 공정설계에 필요한 모든 요소를 고려했다.
연구팀은 "이번 연구를 통해 경제성을 증명했다. 실용화를 위해서는 제안된 후보물질들에 대한 파일럿 플랜트 실증과제를 통해 고순도 제품 생산이 가능함을 보이는 후속 과제가 필요하다"고 말했다.
이번 연구결과는 종합 과학 분야 저명 국제 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈' 최신호에 게재됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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