KAIST, 간단한 공정으로 이산화탄소 분리

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 기체 혼합물에서 이산화탄소를 선택해 투과시키는 멤브레인(분리막) 제조 기술을 선보였다. 이를 통해 화학산업, 환경분야 탄소중립 실현 기반 기술로 활용할 가능성을 제시했다.

배태현 교수(왼쪽)와 이홍주 박사과정(오른쪽).(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 배태현 생명화학공학과 교수 연구팀이 고분자 분리막의 구조와 화학적 특성을 전략적으로 제어해 높은 효율로 이산화탄소를 분리 제거할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

멤브레인(분리막)은 목표 물질을 선택적으로 투과시키는 박막이다. 기존 고분자 분리막은 치밀한 구조로 활용이 제한돼 이를 대체하기 위해 일정한 미세 기공을 갖는 소재를 분리막으로 활용해 기체 투과 선택성을 높이려는 연구가 수행됐다. 하지만 기존 분자체 분리막들은 양산하기 어려웠고, 제조과정이 복잡했다. 강도도 부족해 실제 공정에 사용하기 어려웠다.

연구팀은 가공성 높은 고분자를 소재로 쓰고, 제어하기 쉬운 화학반응을 이용했다. 이후 미세 기공을 형성해 저비용으로 양산할 수 있는 분자체 분리막을 구현했다. 미리 설계한 고분자에는 다양한 화학 작용기를 도입할 수 있는데 이번 연구에서는 고분자 분자체 분리막에 이산화탄소의 선택투과성을 높이기 위해서 아미노 그룹(질소원자에 수소가 결합된 화학작용기)을 도입했다.

고분자 분리막이 화학작용기로 튜닝된 분자체 분리막으로 진화하는 과정 모식도.(자료=KAIST)

새로 개발된 분리막은 탄소 분자체 분리막과 달리 고분자 분리막에 준하는 기계·화학적 안정성이 높고 유연성을 지녔다. 대량생산에도 유리한 공정을 적용해 상업화에도 유리한 조건을 나타냈다.

논문 1저자인 이홍주 연구원은 “비교적 간단한 공정 과정으로도 고분자 소재에서는 달성하기 어려웠던 이산화탄소 분리 성능을 확보했다”라며 “고분자 분리막이나 탄소 분자체 분리막을 적용하고자 했던 여러 화학 산업에 적용 가능안 대안을 제시했다”라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 12일자 온라인으로 게재됐다.