‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀을 이용해 이산화탄소(CO₂)를 분리하는 소재를 국내 연구진이 개발했다.
이 소재를 ‘이산화탄소 포집 및 처리’(Carbon Capture and Sequestration·CCS) 기술에 적용하면 기존보다 훨씬 적은 비용으로 이산화탄소 배출량을 더 많이 줄일 수 있을 전망이다. 이 연구 결과는 세계적 학술지 ‘사이언스’(Science) 온라인판에 소개됐다.
미래창조과학부는 한양대학교 박호범 교수팀이 한국이산화탄소포집 및 처리연구개발센터의 지원을 받아 그래핀을 활용한 차세대 이산화탄소 분리막 소재를 개발했다고 4일 밝혔다.
분리막이란 분자나 이온을 분리시키는 기능성 소재로, 경제성과 가공성의 이유로 현재 주로 고분자 소재가 활용된다. 그러나 고분자 소재는 분리효율의 한계가 뚜렷해 현재 학계에서 신규 소재를 찾기 위한 노력이 활발히 이뤄지고 있다.
박 교수팀은 최근 각광받는 나노소재 그래핀과 그래핀옥사이드를 활용, 새로운 분리막 소재를 개발해냈다.
연구팀은 그래핀과 그래핀옥사이드의 간격을 조절해 기체가 선택적으로 투과될 수 있도록 했다. 수소와 같은 작은 기체분자는 투과되고 이산화탄소처럼 큰 기체분자는 차단되는 식이다. 또 그래핀과 그래핀옥사이드를 층층이 배열함으로써 분리막 성능을 높였다.
연구팀에 따르면 그래핀으로 배기가스 중 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다는 사실을 규명한 것은 세계적으로 이번이 처음이다.
아울러 연구팀은 기존 분리막에 비해 성능이 1천배 이상 향상됐다는 점, 그러면서도 비용은 저렴하고 기존 소재에 비해 부피도 적어 설치가 쉽다는 점, 강한 용매를 사용하지 않아 환경 보호 차원에서도 이롭다는 점 등을 강조하고 있다.
새로운 분리막의 원천소재와 제조기술까지 확보한만큼 이르면 2~3년 내 상용화가 가능하다는 게 연구팀의 전망이다.
박상도 이산화탄소포집및처리연구개발 센터장은 “추가 연구를 통해 연구 성과에 대한 실증을 마치고 기술 상용화에 속도를 내겠다”며 “세계 각국이 이산화탄소 배출 규제를 강화하면서 기체분리막 시장이 확대되는 추세로, 이번 연구를 바탕으로 분리막 시장 선점이 기대된다”고 말했다.