지구 온난화의 원인은 일반적으로 온실가스가 꼽히는데요. 세계기상기구(WMO)에 따르면 대표적 온실 가스인 이산화탄소 농도가 2016년 기준 연평균 403.3PPM를 기록했습니다.
학계에서는 이산화탄소 포집을 위해 이산화탄소 흡착제 연구가 활발히 진행되고 있는데요. 그 중 고분자 형태의 아민(Amine)을 도입한 종류의 흡착제들이 주목받고 있다고 하네요. 아민이란 암모니아의 수소원자가 탄화수소기로 치환된 유기화합물을 말합니다. 아민 소재는 화력발전소 배기가스에 존재하는 비교적 낮은 농도의 이산화탄소를 (10~15%) 선택적으로 흡착할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
최근 KAIST 생명화학공학과 최민기 교수 연구팀은 산화 내성을 크게 높인 아민 기반의 이산화탄소 흡착제 개발에 성공했다고 발표했습니다.
연구진이 개발한 이산화탄소 흡착제는 기존 아민 기반 흡착제들의 문제점인 산화를 통한 비활성화 문제를 해결함으로써 실용화가 가능한 정도로 안정성을 끌어 올렸다는 평가입니다.
기존의 아민 기반 고체 흡착제는 뛰어난 이산화탄소 흡착 성능에도 불구하고 반복적인 사용에 따른 어려움이 발생했습니다. 화력발전소의 배기가스 내 산소로 인한 아민의 산화 분해 현상이 나타난 건데요. 성능이 떨어지는 심각한 안정성 문제가 있었다고 합니다.
연구팀은 상용 고분자 아민에 존재하는 극소량의 철, 구리 같은 금속 불순물이 아민의 산화 분해를 가속하는 촉매로 작용하는 점을 발견했습니다. 연구팀은 이 불순물의 활성을 억제할 수 있는 킬레이트제(chelator)라 불리는 소량의 촉매 독을 주입해 산화 안정성을 비약적으로 높였다고 하네요. 개발된 흡착제는 92% 이상의 대부분의 흡착 성능을 유지했으며 이는 기존 흡착제에 비해 약 50배 이상 증진된 산화 안정성이라고 합니다.
연구팀은 우수한 이산화탄소 흡·탈착 특성 뿐 아니라 기존 흡착제들의 고질적 문제점이었던 산화 안정성까지 모두 확보했기 때문에 현재까지 개발된 다른 고체 흡착제들보다 실용화에 가깝다고 밝혔습니다.
최우성 박사과정은 "이번 연구는 고체 이산화탄소 흡착제의 산화 분해 문제점을 획기적으로 개선해 상용화 수준까지 발전시켰다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했습니다.
최민기 교수는 "연구팀이 개발하는 이산화탄소 흡착제는 상용화 초기 단계에 진입했고 이미 흡착제를 구성하고 있는 각 요소 기술이 세계를 리드하고 있다"며 "연구 역사가 짧은 만큼 앞으로도 개선할 부분이 많지만 흡착제를 더 발전시켜 세계 최고의 이산화탄소 포집용 흡착제를 개발하겠다"고 밝혔습니다.
이 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 2월 20일자 온라인 판에 게재됐습니다.
