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재생안정성 우수한 고성능 이산화탄소 흡착제 개발

KAIST 최민기 교수 "아민-제올라이트 복합체로 기존 문제점 해결"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂)를 고효율로 안정적으로 포집할 수 있는 흡착제가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 최민기 교수팀은 21일 전남대 응용과학과 조성준 교수팀과 함께 기존 제올라이트 기반 흡착제와 아민 고분자 기반 흡착제의 장점을 결합, 기존 흡착제의 문제점을 해결한 '아민-제올라이트 복합체'를 개발했다고 밝혔다.

아민-제올라이트 복합체를 이용한 이산화탄소 포집 공정. 수분, 이산화탄소, 질소 등이 포함된 배가스(배기가스)로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡착하고 온도 교대 흡착 공정으로 이산화탄소를 효과적으로 분리해낼 수 있다. [KAIST 제공]

지구온난화 주요 원인인 이산화탄소 포집을 위한 흡착제로는 에너지 효율이 높고 환경에 무해한 제올라이트와 아민 고분자를 기반으로 한 흡착제가 주로 연구되고 있다.

그러나 알루미늄(Al) 산화물과 규소(Si) 산화물이 결합한 제올라이트 기반 흡착제는 CO₂와 수분이 함께 있으면 수분을 먼저 흡착해 효율이 급격히 떨어진다.

아민 고분자 기반 흡착제는 수분이 있어도 이산화탄소 흡착이 가능하지만 130도 이상으로 가열해 흡착된 CO₂를 제거하는 재생과정에서 요소가 만들어지면서 흡착 능력을 거의 잃는 문제가 있다.

연구팀은 아민 고분자와 제올라이트 복합체를 만들어 제올라이트 흡착제의 수분 취약성과 아민 고분자 흡착제의 재생 불안정 문제를 동시에 해결했다.

암모늄(NH₄) 골격 제올라이트를 고온 열처리하면 암모니아(NH₃)가 제거되면서 골격에 수소 양이온이 있는 산성 제올라이트가 만들어지고, 여기에 염기성인 에틸렌다이아민 증기를 처리하면 제올라이트 구멍 안에 CO₂를 흡착하는 아민 기능화가 이뤄진다.

이렇게 개발된 아민-제올라이트 복합체는 수분이 있는 환경에서도 CO₂흡착성능이 떨어지지 않았고, 130도 이상으로 가열해 CO₂를 떼어내는 재생과정을 20차례 반복한 후에도 흡착성능에 변화가 없는 것으로 나타났다.

최민기 교수는 "아민-제올라이트 복합체는 값싸고 대량 생산이 가능한 제올라이트를 사용했기 때문에 실용화가 가능할 것"이라며 "실용화를 위해 규모를 키우고 합성 방법을 최적화해 CO₂ 흡착 성능을 높이는 연구를 계속할 것"이라고 말했다.

미래창조과학부 '이산화탄소 포집 및 처리(CCS) 2020 사업' 지원으로 수행된 이 연구 결과는 에너지·환경 분야 국제학술지 '에너지 & 환경 과학(Energy & Environmental Science, 3월 16일자) 온라인판에 게재됐다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 최민기 교수

scitech@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2016/04/21 10:24 송고

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