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KAIST, 고성능 이산화탄소 흡착제 개발

최민기 교수 "기존 흡착제 흡착성능과 재생안정성 상승 시켜"
국내 연구팀이 기존의 이산화탄소 흡착제에 대해 흡착 성능 뿐만 아니라 재생 안정성을 비약적으로 상승시키는 기술을 개발했다.

KAIST(총장 강성모) 최민기 생명화학공학과 교수 연구팀은 조성준 전남대학교 응용화학공학과 교수 연구팀과 공동으로 이산화탄소를 효율적이고 안정적으로 포집할 수 있는 흡착제를 개발했다고 21일 밝혔다.

지구 온난화의 주요 원인인 이산화탄소의 포집을 위한 흡착제 연구가 활발히 진행중인 가운데 기존에는 알루미늄(Al) 산화물과 규소(Si) 산화물의 결합물인 제올라이트 흡착제와 암모니아의 수소 원자를 탄화수소로 치환한 아민 고분자 기반의 흡착제가 연구돼 포집제로 사용돼 왔다.

하지만 제올라이트 기반 흡착제는 이산화탄소와 수분이 동시에 존재하는 경우 수분을 우선적으로 흡착하는 한계를 갖는다. 또 아민 고분자 기반 흡착제는 수분이 존재해도 효율적인 이산화탄소 흡착이 가능하지만 재생을 위해 130도 이상 열을 가했을 때 재생 능력이 저하돼 흡착능력이 떨어지는 문제가 있다.

아민-제올라이트 복합체’를 이용한 이산화탄소 포집 공정의 개념도. 수분, 이산화탄소, 질소 등이 포함된 배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 온도 교대 흡착 공정을 통해 이산화탄소를 효과적으로 분리해낼 수 있다.<사진=연구팀 제공>아민-제올라이트 복합체’를 이용한 이산화탄소 포집 공정의 개념도. 수분, 이산화탄소, 질소 등이 포함된 배가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 온도 교대 흡착 공정을 통해 이산화탄소를 효과적으로 분리해낼 수 있다.<사진=연구팀 제공>

KAIST 연구팀은 문제 해결을 위해 아민 고분자와 제올라이트의 장점을 모두 갖는 '아민-제올라이트 복합체'를 개발하고 이산화탄소 포집 공정에 적용했다.

그 결과 '아민-제올라이트 복합체'는 충분한 표면적과 기공 부피를 가져 이산화탄소 흡착 속도가 빠르고 풍부한 아민 함량으로 인해 수분 존재 하에서도 효율적인 이산화탄소 흡착이 가능한 것을 관찰했다.

연구팀은 이산화탄소의 흡착 후 고온에서 흡착제를 재생하는 공정에서 이산화탄소 흡착능력을 기존의 아민 고분자와 제올라이트 흡착제와 비교한 결과 '아민-제올라이트 복합체'가 기존 흡착제들에 비해 매우 안정적인 흡착 성능을 확인했다.

최민기 교수는 "값싸고 대량 생산이 가능한 제올라이트 기반의 흡착제로 실용화가 가능할 것으로 기대된다"며 "합성 방법의 최적화를 통해 더 높은 이산화탄소 흡착 성능을 갖는 흡착제 개발에도 힘쓸 것이다"고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 '에너지&인바이러먼털 사이언스(Energy & Environmental Science)'의 지난달 16일자 온라인판에 게재됐다.
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