전기화학, 그린에너지 미래 좌우할 ‘열쇠’로 부상

▲런던 사우스켄싱턴에 있는 임페리얼칼리지 런던 학생들이 '탄소 포집'에 대해 정부 관계자들에 설명을 하고 있다. 런던/AP뉴시스

친환경 기술에 대한 투자가 급증하면서 전기화학이 새롭게 주목받고 있다. 배터리 성능 개선에서부터 탈(脫) 탄소화와 재생에너지로의 전환에 관련한 모든 관련 각종 연구·개발이 결국 전기화학 분야 범주에 있기 때문이다.

최근 월스트리트저널(WSJ)은 전기화학 분야가 그린에너지 미래를 좌우할 '열쇠'로 부상하고 있다고 진단했다.

사실 전기화학은 수 세기 전부터 존재한 분야였지만, 오랫동안 정체된 학문 분야로만 치부돼왔다. 특히 종래의 화학 분야 교육은 화석연료 기반 경제에 적합한 인재를 육성하는 것에 초점이 맞춰졌었다.

그러나 신소재를 다루는 과학의 진보가 뒷받침되면서 상황은 급변기를 맞고 있다. 스타트업은 물론 정부와 대기업들도 전기화학에 큰 관심을 보이기 때문이다. 영국 런던대(UCL)의 댄 브렛 전기화학공학 교수는 "세계가 '전기화학 힘의 시대' 시대에 돌입했다"고 말했다.

그렇다면 녹색 에너지의 미래에서 전기화학이 어떤 역할을 할까.

▲미국 미시간주 워런에 있는 제너럴모터스(GM)의 기술센터에서 연구원들이 전기차 배터리 테스트를 하고 있다. 워런(미국)/AP뉴시스

가장 먼저 전기차 배터리다. 배터리는 화학 에너지를 저장하고 화학반응을 통해 전자를 물질에서 물질로 이동시켜 전기 에너지로 전환한다.

벤처캐피털 앳원벤처스의 로리 메나우드 파트너는 "전기화학은 에너지 저장의 기본 원리 중 하나로, 에너지 전환의 핵심이다"면서 "에너지 저장 비용이 지금처럼 높고 비효율적이면 에너지 전환이 느려지거나 전혀 일어나지 않을 것"이라고 말했다.

이에 배터리 제조사들은 저렴한 제조 방법이나 단시간에 충전이 가능한 배터리 제조 방법 개발에 몰두하고 있다. 이를 위해서는 다양한 화학 촉매와 재료 속에서 최적의 조합을 찾는 실험이 수반돼야 한다. 바로 이 부분에서 전기화학이 주목받는 것이다.

두 번째는 수소 분야다. 전기화학의 진보는 수소를 친환경 에너지로 만들기 위한 노력에 필수적이라고 WSJ는 강조했다. 수소는 현재 정유 정제와 많은 비료의 원료가 되는 암모니아를 만드는 데 사용된다. 그러나 최근에는 산업 공정에서 저탄소 연료로 주목받고 있다.

수소는 일반적으로 오염이 심한 공정에서 천연가스를 가열해 생성한다. 그러나 전해조라는 장치를 사용해 재생가능 에너지로 만든 전기를 물에 흘려 산소와 수소로 분해해 이산화탄소를 배출하지 않고도 수소를 만들 수 있다. 전해조는 배터리와 마찬가지로 새로운 분야는 아니다. 그러나 최근 제조사나 환경기술 투자자들이 그린 수소에 투자하고 있어 새롭게 관심을 모으고 있다.

탄소 포집도 주목받는 전기화학 분야 중 하나다. 탄소 포집 장치는 현재 대기 또는 발전소나 공장의 배기가스를 화학물질과 반응시켜 이산화탄소 분자를 선택적으로 포집한다. 이러한 공정은 열의 형태의 에너지를 필요로 하기 때문에 비효율적이다. 이에 효율성을 끌어올리기 위한 연구·개발이 진행되고 있다.

이와 관련해 매사추세츠공과대학(MIT) 화학 엔지니어가 설립한 스타트업 버독스(Verdox)가 효율성이 높은 탄소 포집 방법을 개발해 주목받고 있다. 버독스 시스템은 공기 또는 배기가스를 전기화학 전지에 통과시킨다. 거기에 일정한 전압을 가하면 전지 내 전극이 활성화돼 이산화탄소와 결합하는 한편, 다른 가스는 빠져나간다. 전압을 달리하면 반대로 이산화탄소를 방출해 따로 저장할 수 있다.

트웰브(Twelve)는 전기분해를 통해 이산화탄소를 산소와 플라스틱, 페인트, 연리 및 기타 제품에 들어가는 화학물질인 일산화탄소로 분해하는 기술을 개발했다. 또 해당 기술을 상용화하기 위해 1억3000만 달러의 투자를 유치했다. 상용화에 성공한다면 화학 공정을 크게 개선해 대량의 이산화탄소를 제품으로 전환할 수 있다고 WSJ는 전했다.