성균관대 백정민 교수 연구팀, 이산화탄소에서 고효율 친환경 에탄올 생산하는 차세대 단원자 촉매 개발
- 구리 단원자 정밀 제어로 CO2의 에탄올 전환 효율 극대화 및 장기 안정성 확보
- 저온 공정 통한 경제적 합성 성공... 탄소중립 실현을 위한 혁신적 미래 에너지 기술 제시

□ 성균관대학교(총장 유지범)는 신소재공학과 백정민 교수 연구팀(화학공학과 김정규 교수, 충남대학교 신소재공학과 김현유 교수팀 공동연구)이 지구온난화의 주범인 이산화탄소(CO2)를 우리 실생활에서 유용하게 쓰이는 액체 연료인 '에탄올'로 효율적으로 바꿀 수 있는 차세대 ‘단원자(Single-atom) 촉매’ 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 환경 오염 물질을 단순히 줄이는 것을 넘어, 미래 에너지원으로 재활용할 수 있는 탄소중립 기술의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받는다.

□ 최근 기후 위기 대응을 위해 전 세계적으로 탄소 배출을 줄이는 노력이 한창인 가운데, 이미 배출된 이산화탄소를 다시 사용하는 기술이 주목받고 있다. 그중에서도 에탄올은 자동차 연료나 화학 제품의 원료로 바로 쓸 수 있어 가치가 매우 높다. 하지만 이산화탄소를 에탄올로 만드는 과정은 탄소 원자끼리 서로 결합해야 하는 복잡한 과정이 필요해 기술적으로 구현하기가 매우 까다로웠다. 특히 기존 촉매들은 원치 않는 수소가 발생해 효율이 떨어지거나, 오래 사용하면 성능이 금방 나빠지는 문제가 있었다.

□ 백정민 교수 공동 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 구리(Cu) 원자를 아주 작은 ‘원자 단위’로 낱낱이 쪼개어 특수한 탄소 구조 안에 배치하는 새로운 설계 전략을 도입했다. 연구팀은 마치 정밀한 조각을 하듯 구리 원자 주변의 결합 환경을 미세하게 조절함으로써, 이산화탄소 분자가 에탄올로 더 쉽고 빠르게 변할 수 있는 최적의 반응 경로를 찾아냈다.

□ 연구 결과, 새롭게 개발된 촉매는 높은 전류가 흐르는 조건에서도 44.1%라는 높은 효율로 에탄올을 생산해냈으며, 전체 생성물 중 65% 이상이 에탄올일 정도로 선택적 정확도가 높았다. 특히 50시간 이상 연속으로 작동해도 성능이 변하지 않는 뛰어난 내구성을 입증했다. 또한, 기존에는 촉매를 만들기 위해 400도 이상의 고온 공정이 필요했으나, 이번 기술은 약 160도의 낮은 온도에서도 합성이 가능해 제조 비용과 에너지 소비를 획기적으로 낮췄다.

□ 백정민 교수는 “이번 연구는 온실가스를 단순히 없애는 수준을 넘어, 이를 고부가가치 친환경 연료로 바꾸는 탄소 순환형 미래 기술의 가능성을 제시한 것”이라며, “앞으로 이 기술을 더 대형화하여 실제 산업 현장에서 사용될 수 있도록 후속 연구에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.

□ 이번 연구는 성균관대와 충남대, 미국 UCLA의 공동 연구로 수행되었으며, 세계적 권위의 학술지인 'Applied Catalysis B: Environment and Energy'에 2026년 5월 온라인 게재되었다. 또한 한국연구재단의 미래융합파이오니어 사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 진행되었다.

※ 논문명: Heterogeneous Coordination Engineering of Cu Single-Atom Catalysts for Selective CO2-to-Ethanol Electrosynthesis
※ 학술지: Applied Catalysis B: Environment and Energy
※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.126902


붙임: 1. 연구자 사진
      2. 연구그림  

26년 5월 15일 금요일자 보도자료 - 첨부파일 참조