영국 맨체스터 대학(The University of Manchester)과 TWI의 연구진은 석유 및 가스 산업에서 사용되는 파이프의 수명을 연장시키기 위해 그래핀을 활용하는 새로운 방법을 발견했다. 이 방법은 원유 및 가스를 수송하는 파이프 재료인 폴리머 라이너(polymer liner) 속에 그래핀을 결합시키는 것이다.

파이프는 일반적으로 폴리머나 복합물로 구성된 내부 층과 강철로 된 외부 층으로 구성된다. 유체는 이러한 파이프에서 초고압과 고온 하에서 존재한다. 이산화탄소, 황화수소, 물 등이 파이프의 보호 장벽층을 침투하면 강재의 부식으로 파이프는 점점 강도를 잃게 되어서 치명적인 사고가 발생한다.

그래핀은 세계 최초의 2차원 재료이고, 유연하고, 투명하고, 구리보다 더 큰 전도성을 가지고 있으며, 헬륨 등의 가스 침투를 차단하는 것으로 알려져 있다.

그래핀을 플라스틱과 기계적으로 혼합하거나 그래핀 단일층을 적용하면 가스들(이산화탄소, 수소)이 통과할 수 있었다. 그러나 라이너로 주로 사용되는 플라스틱인 폴리아미드 11(PA11)에 아주 얇은 그래핀 나노플레이트(nanoplatelet) 층을 적층함으로써 우수한 차단 능력을 가진 구조를 만들 수 있었다.

적층 구조는 60 °C 및 대기압의 400 배까지의 압력에서 견딜 수 있었고, PA11으로만 사용했을 때에 비해서 CO2 침투를 90% 이상 감소시키며, H2 침투를 매우 우수하게 차단할 수 있었다.

석유 및 가스 산업에서 미국에서만 부식으로 14억 달러의 비용이 들고 있다. 이 기술은 이런 비용을 감소시키는데 큰 역할을 할 수 있고, 수중 배관의 수명을 연장시키고 수리 기간을 단축시킬 수 있을 것이다. 이와 같은 그래핀 멤브레인은 식품 포장, 물 여과, 가스 분리와 같은 수많은 산업 공정에 새로운 혁명을 불러일으킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다.

이 연구결과는 저널 Advanced Materials Interfaces에 “Graphene/Polyamide Laminates for Supercritical CO2 and H2S Barrier Applications: An Approach toward Permeation Shutdown” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1002/admi.201800304).