전기화학환원에 의한 이산화탄소의 수소화 반응연구

A study on the electrochemical reduction of carbon dioxide

지구온난화방지를 위한 이산화탄소 고정화 기술로는 주로 접촉수소화에 의한 탄화수소의 제조가 주로 연구, 검토되고 있으나 값비싼 수소의 확보가 큰 걸림돌로 작용하고 있으며, 기타 해조류 합성 등에 의한 생물학적 고정화 방법도 연구되고 있다. 전기화학적 환원에 의한 이산화탄소 고정화 방법은 전해질 용액중 촉매전극으로 전기화학반응을 일으켜 이산화탄소를 메탄, 에탄, 알코올 등으로 전환시키는 것으로 접촉수소화 방법과 같은 원리로 생각할 수 있으나 전기분해와 동시에 수소화 반응을 일으키므로 장치가 간단하고 심야의 잉여전력을 이용할 수 있는 동의 장점으로 최근 연구개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 환원전극으로 구리 및 페롭스카이트($La_{0.8}Sr_{0.2}CuO_3$) 분말을 시료로 하여 제조한 전극을 사용하였고, 기준전극으로는 Ag/AgCl, 상대전극으로는 백금전극을 사용하였다. 전해액은 $KHCO_3$ 수용액에 이산화탄소를 포화시키고 이를 반응조에 순환시키는 연속흐름식 전해환원시스템을 사용하였다. 환원전극의 크기는 $2{\times}2cm$, 상대전극의 크기는 $2{\times}6cm$의 것을 사용하였고, 전해환원 결과 얻어지는 기상의 생성물과 액상의 생성물을 분석하였다. 또한 전해질의 농도, 페롭스카이트 전극의 제조방법에 따라 환원전류의 크기 및 반응생성물의 종류와 발생량을 측정하였다.

The catalytic hydrogenation of carbon dioxide has been studied for the fixation of carbon dioxide to mitigate global warming problems, but it needed hydrogen, which the price is still high. Recently, the electrochemical reduction of carbon dioxide has been drawn attractions because carbon dioxide could be converted to the valuable chemicals such as methane, ethane and alcohols electrochemically in the electrolyte solution using a catalytic electrode. This system is simple because the water electrolysis and hydrogenation take place at the same time using the surplus electricity at midnight. In this work, a continuous electrochemical reduction system was fabricated, which was composed of the reduction electrode (copper or perovskite type, $2{\times}2cm^2$), reference electrode(platinum, $2{\times}6cm^2$), standard electrode(Ag/AgCl), and potassium bicarbonate electrolyte solution saturated with carbon dioxide. The quality and quantity of the products and reduction current were analyzed, according to the electrolyte concentration and electrode type.