골재에서 미세한 모래를 선별해 내는 체(sieve)처럼 지구온난화의 원인인 이산화탄소만 선택적으로 분리해 내는 제올라이트 분리막 제조 기술을 국내 연구진이 개발했다.

향후 해당 기술 개발이 완성되어 ‘이산화탄소 포집 및 처리 기술(CCS)’에 적용될 경우, 기존 기술 대비 에너지 소모가 현격히 감소되어 이산화탄소 포집 비용을 현재 수준의 1/3 이하로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

CCS는 이산화탄소 대량발생원(화력발전소, 제철소, 석유화학공장 등)에서 발생하는 이산화탄소를 공기 중에 배출되기 전에 포집한 후 압축·수송하여 저장하거나 유용물질로 전환하는 기술이다.

고려대 최정규 교수팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(센터장 박상도)의 지원으로 이루어졌으며, 연구 논문은 화학분야 저명 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’ 10일자 온라인판에 게재되었다.

* (논문명) Uniform Si-CHA Zeolite Layers Formed by a Selective Sonication-Assisted Deposition Method

현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 습식, 건식, 분리막 포집기술 등으로 나누어지며, 이중 분리막 기술은 습식·건식에 비해 콤팩트한 공정 구현이 가능하여 이산화탄소 포집비용을 혁신적으로 낮출 수 있는 유망 기술로 인식되고 있다.

제올라이트를 분리막으로 사용하는 개념은 오래 전부터 제시되어 왔으나, 제올라이트의 비균질적인 물질 특성으로 인해 균일한 분리막을 만드는 것이 난제로 여겨져 왔다.

최정규 교수팀은 이를 해결하기 위해 이산화탄소와 크기가 유사한 기공 크기를 갖는 CHA 타입의 제올라이트에 초음파를 적용하여 균일한 제올라이트 층을 형성하는데 세계 최초로 성공했다.

* 이산화탄소 크기 0.33nm, CHA 타입 제올라이트의 기공크기 0.37nm(1nm=10억분의 1m)

이는 정육면체 형태와 납작한 형태가 혼재한 CHA 타입의 제올라이트에 초음파 처리를 통해 납작한 형태의 입자만을 선택적으로 증착시킨 결과이다.

연구진은 두께 1μm 수준의 박막 제조, 수분에 대한 안정성 확보 및 대면적화 등 제올라이트 분리막의 상용화를 위해 해결해야 할 추가 연구를 진행할 계획이다.

박상도 센터장은 “젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간내에 좋은 연구 성과가 도출되어 기쁘다” 면서 “이번 연구 성과는 배가스 중의 이산화탄소 분리를 위한 제올라이트 분리막의 가능성을 확인했다는 점에서 그 의미가 매우 크다”고 말했다.