이산화탄소 포집 효율을 획기적으로 향상시킨 물질 개발

이산화탄소 포집 효율을 향상시킨 물질 개발

- 질소대비 CO₂선택성 300배 증가  -

교육과학기술부(장관 이주호)는 (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(센터장 박상도)의 지원으로 카이스트 자페르 야부즈 교수, 알리 조스쿤 교수, 정유성 교수 공동연구팀이 질소대비 이산화탄소 선택성을 300배 높인 세계 최고 수준의 CO₂흡수제를 개발했다고 밝혔습니다.

질소(파란색 분자), 이산화탄소(회색과 분홍색 분자)가 섞인 기체가 Azo-COP를 통과 시, Azo-COP의 혐질소기(N₂-Phobicity)로 인해 질소는 고분자 밖으로 빠져나가며 이산화탄소만 선택적으로 흡착

최근 전 세계적으로 기후변화 대응을 위한 현실적 대안으로 이산화탄소를 포집하여 저장·처리하는 CCS*기술의 중요성이 부각되고 있습니다.

* CCS : Carbon Capture and sequestration

 

○ 현재 이산화탄소를 포집하는 기술로는 액상흡수제를 이용한 습식포집기술, 고체 흡수제를 이용한 건식포집기술, 필름과 같은 얇은 막을 이용하는 분리막 포집기술이 있습니다.

○ 발전소, 제철소와 같이 이산화탄소 대량 배출원에 적용하게 되는 동 기술은 고온과 다량의 수분이 존재하는 극한조건하에서도 포집효율이 낮아지지 않는 것이 연구개발의 핵심과제입니다.

○ 기존에 연구되었던 건식흡수제인 MOF(Metal Organic Framework)나 제올라이트의 경우는 수분 조건에서 불안정하거나 합성이 비싸다는 단점이 존재하였습니다.

연구팀이 이번에 개발한 흡수제는 건식흡수제로서, ‘아조-코프(Azo-COP)’라고 명명하였는데 값비싼 촉매 없이도 합성이 가능하여 제조비용이 매우 저렴하며, 고온 및 수분 조건에서도 안정한 특성을 나타내었습니다.

○ 코프(COP)는 간단한 유기분자들을 다공성 고분자형태로 결합시킨 구조체로 동 연구팀이 처음으로 개발한 건식 이산화탄소포집물질

 

○ 연구팀은 이물질에 ‘아조(Azo)’라는 기능기를 추가로 도입함으로써 질소를 배제하고 혼합기체 중에서 이산화탄소만을 선택적으로 포집하도록 하였습니다.

○ ‘아조(Azo)'기를 포함하는 아조-코프(Azo-COP)는 일반적 합성방법을 통해 쉽게 제조하였으며, 값비싼 촉매대신 물과 아세톤 등의 용매를 사용해 불순물도 쉽게 제거함으로써 제조비용을 대폭 낮출 수 있었습니다.

특히, 아조-코프(Azo-COP)는 이산화탄소와 화학적 결합이 아닌 약한 인력을 통해 결합함으로써 흡착제 재생 에너지 비용을 혁신적으로 낮출 수 있으며, 

○ 350℃ 정도의 극한 조건에서도 안정해 이산화탄소 포집제로서 활용은 물론 더욱 가혹한 환경의 다양한 분야에서 포집 물질로 활용될 것으로 기대됩니다.

CCS R&D 센터의 박상도 센터장은 “Azo-COP를 CO₂, N₂ 분리 실험에 적용한 결과 포집 효율이 수백배 향상됐다”며 “이 물질은 촉매가 필요 없고, 수분 안정성, 구조 다양성 등 우수한 화학적 특성으로 인해 앞으로 이산화탄소 포집을 비롯한 많은 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔습니다.

연구 결과는 세계적 학술지인 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 1월 15일자로 게재됐습니다.

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