KAIST(총장 강성모) 생명화학공학과 최민기 교수 연구팀이 전남대학교(총장 지병문) 응용화학공학과 조성준 교수 연구팀과 공동으로 연구를 진행해 이산화탄소를 효율적이고 안정적으로 포집할 수 있는 흡착제를 개발했다.
이번에 개발된 이산화탄소 흡착제는 제올라이트와 아민 고분자를 기반으로 해 값싸고 대량 생산이 가능할 뿐 아니라 효율적인 성능과 뛰어난 재생 안정성을 갖는다.
연구 결과는 에너지 및 환경 분야 학술지인 '에너지 & 인바이러먼털 사이언스(Energy & Environmental Science)' 3월 16일자 온라인 판에 게재됐다.
이산화탄소 포집을 위한 흡착제 연구는 대부분 제올라이트와 아민 고분자 기반 흡착제 중심으로 이뤄지고 있다.
그러나 제올라이트 기반 흡착제는 이산화탄소와 수분이 동시에 존재하는 경우 수분을 우선적으로 흡착하는 한계를 갖는다. 또한 아민 고분자 기반 흡착제는 재생을 위해 130oC 이상 열을 가했을 때 요소가 생성돼 심각한 비활성화를 겪는 문제가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 아민 고분자와 제올라이트의 장점을 모두 갖는 '아민-제올라이트 복합체'를 개발했다.
암모늄(NH4+)을 골격 외 양이온으로 갖는 제올라이트를 고온 열처리하면 암모니아(NH3)가 제거되고 수소 양이온이 남아 산성 제올라이트가 만들어진다. 이 제올라이트에 염기성을 갖는 에틸렌다이아민 증기를 처리하면 산-염기 반응에 의해 제올라이트 기공 내부에 아민이 기능화되는 원리다.
이를 통해 이산화탄소 포집 공정에서 효율적으로 이산화탄소를 흡착하는 것이 확인됐으며 매우 우수한 재생 안정성을 보였다. 연구팀이 새로 개발한 흡착제는 제올라이트 내부에서 흡착된 물이 아민의 비활성화를 억제하는 상쇄효과를 보여 안정성을 더욱 높였다. 또한 이번 연구는 우수한 흡착 성능 뿐 아니라 재생 안정성을 비약적으로 상승시켜 주목받고 있다.
최 교수는 "값싸고 대량 생산이 가능한 제올라이트 기반의 흡착제로 실용화가 가능할 것으로 기대된다"며 "합성 방법의 최적화를 통해 더 높은 이산화탄소 흡착 성능을 갖는 흡착제 개발에도 힘쓸 것이다"고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부의 'Korea CCS 2020' 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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