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'이산화탄소' 선택적 제거 가능한 흡착제 개발

최민기 KAIST 교수 연구팀, 20kg 중규모 합성에 성공···5년 후 상용화 목표
개발한 신규 흡착제의 이산화탄소 포집 공정 개념도. 수분, 이산화탄소, 질소 등이 포함된 배기가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 흡탈착 공정을 통해 이산화탄소를 효과적으로 분리해낼 수 있다. <사진=KAIST 제공>개발한 신규 흡착제의 이산화탄소 포집 공정 개념도. 수분, 이산화탄소, 질소 등이 포함된 배기가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 흡탈착 공정을 통해 이산화탄소를 효과적으로 분리해낼 수 있다. <사진=KAIST 제공>

국내 연구진이 배기가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 효과적으로 분리할 수 있는 '흡착제'를 개발했다.

KAIST(총장 강성모)는 최민기 생명화학공학과 교수 연구팀이 고성능의 이산화탄소 흡착제를 개발, 20kg의 중규모 합성에 성공했다고 8일 밝혔다.

지금까지 이산화탄소 제거용 흡착제를 개발하기 위해서는 아민이라는 유기화합물이 담긴 다양한 고체 물질들이 연구됐다.

하지만 아민 기반의 흡착제는 이산화탄소를 흡착하는 성능은 뛰어나지만 탈착이 어려워 재생 안정성이 떨어진다. 반복적으로 사용할 경우 화학적 변질로 성능이 떨어져 안정성의 문제도 있었다.

또 대량생산이 불가능해 실제 상용화로 이어지지 못했다. 연구팀은 대량생산에 용이하고 경제적인 범용 물질인 실리카, 폴리에틸렌이민, 에폭사이드 등을 원재료로 이용했다.

기존 아민 기반 흡착제를 에폭사이드와 간단히 반응시켜 탈착 성능, 반응 속도, 재생 안정성을 높였다.

연구팀에 의하면 개발된 흡착제는 이산화탄소 흡·탈착 특성(10wt% : weight percentage), 높은 재생 안정성, 대량생산성을 모두 확보했기 때문에 현재까지 발표된 다른 고체 흡착제보다 상용화에 가깝다.

실제 '한국이산화탄소포집 및 처리연구개발센터(KCRC)' 연구진과 협업을 통해 20kg의 중규모 합성에 성공 후 20 Nm3/h의 벤치 스케일 유동층 반응기에서 가동에 성공했다.

1저자인 최우성 학생은 "이번 연구는 항상 가능성만 언급됐던 고체 이산화탄소 흡착제의 문제점을 단순하지만 창의적인 화학 반응을 통해 획기적으로 개선했다"며 "이산화탄소 포집 공정을 상용화 단계까지 발전시켰다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.

최민기 교수는 "이제 상용화 단계의 초입에 들어섰고 앞으로도 개선할 부분이 많지만 추후 흡착제를 더 발전시켜 세계 최고의 실용화 가능한 이산화탄소 포집 흡착제를 개발하겠다"고 강조했다. 연구진은 이번 연구성과 사용화 시점을 5년 후로 내다보고 있다. 

이번 연구는 미래창조과학부의 'Korea CCS 2020' 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 네이처 자매지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 지난달 30일자 온라인 판에 게재됐다.
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