간단한 공정으로 이산화탄소를 고효율 분리·제거하는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 수많은 화학 산업·환경 분야에서도 넓게 적용 가능해 탄소중립 구현에 크게 기여할 전망이다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 배태현 생명화학공학과 교수팀이 고분자 분리막 구조와 화학적 특성을 전략적으로 제어해 기체 혼합물에서 이산화탄소를 선택적으로 투과시키는 고효율 멤브레인(분리막) 제조 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
멤브레인은 저에너지 분리 기술로 주목을 받아 왔다. 하지만 기존 고분자 분리막은 구조가 치밀해 활용이 제한돼 왔다. 이를 대체하기 위해 미세 기공을 갖는 소재를 분리막으로 활용해 기체 투과 선택성을 높이려는 연구가 많이 수행됐는데, 양산에 어려움이 있고 제조 과정이 복잡하며 강도가 부족해 실제 공정에 부적합했다.
연구팀은 가공성 높은 고분자를 소재로, 제어가 쉬운 화학반응을 이용해 미세 기공을 형성함으로써 저비용으로 양산이 가능한 분자체 분리막을 구현했다. 고분자 분자체 분리막에 아미노 그룹(질소원자에 수소가 결합된 화학작용기)을 도입했다.
새로 개발된 분리막은 기계·화학적 안정성, 유연성이 고분자 분리막에 준한다. 또 대량생산에 유리한 공정을 적용해 상업화에도 유리하다.
현재까지 개발된 탄소 분자체 분리막 중 성능이 우수한 것들에 버금가는 이산화탄소 분리 성능을 보인다. 또 분리 공정에 따라서 맞춤형 튜닝이 가능해, 차후 여러 산업 분야로 확대 적용이 가능한 범용 기술이다.
이홍주 KAIST 생명화학공학과 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 사이언스 어드밴시스 4월 12일자에 온라인 게재됐다.
이홍주 연구원은 “이번 연구에서 개발한 이산화탄소 분리막은 분자체 분리막 개념에 혁신적인 패러다임 발전을 이끌었을 뿐만 아니라 비교적 간단한 공정 과정으로도 고분자 소재에서는 달성하기 어려웠던 이산화탄소 분리 성능을 확보하는 데 성공했다”며 “고분자 분리막이나 탄소 분자체 분리막을 적용하고자 했던 여러 화학 산업에 적용가능한 훌륭한 대안을 제시한 연구”라고 말했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
