고동연 교수팀, 초투과성 분리막 이용해 비용 낮추고 효율 높여
중공사막 모듈로 이산화탄소 포집과 전환 한꺼번에
미세다공성 고분자 중공사막 모듈을 이용한 광물탄산화 공정 모식도. 연도기체가 고분자막의 중공 측으로 주입되면 막을 가로질러 전달된 이산화탄소가 고분자막의 바깥에서 알칼리 용액과 만나 탄산염을 생성한다.
[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 이산화탄소 배출량을 줄이고 산업 부산물을 유용한 자원으로 전환할 수 있는 새로운 '고체 탄산화 시스템'을 개발했다.
가운데가 빈 중공사막 형태의 '초투과성 분리막'을 이용해 연속적으로 이산화탄소 포집과 전환이 가능하기 때문에 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있는 시스템이다.
KAIST 생명화학공학과 황영은 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 'ACS 서스테이너블 케미스트리 & 엔지니어링' 10월호 표지논문으로 실렸다.(논문명 Solid Carbonation via Ultrapermeable PIM-1 Hollow Fiber Membranes for Scalable CO2 Utilization)
최근 산업계는 이산화탄소 배출 절감과 함께 이산화탄소를 산업 부산물과 반응시켜 부가가치가 있는 물질로 전환하는 데 관심을 기울이고 있다.
고 교수팀이 개발한 고체 탄산화 기술은 이산화탄소와 알칼리금속(칼슘·마그네슘)의 자발적 결정화반응을 이용하는 일종의 자연모방 기술이다.
핵심은 이산화탄소를 열역학적으로 가장 안정된 탄소 저장체인 고체 탄산염(CaCO3, MgCO3)으로 전환하는 기술이다. 고체 탄산염은 고품위 물성제어를 통해 건설·토목소재, 제지산업, 고분자, 의약, 식품, 정밀화학 분야에 활용할 수 있다.
이를 위해 연구팀은 기체분자를 신속히 투과시키는 미세다공성 고분자로 이뤄진 초투과성 분리막 기술을 통해 기존 공정보다 5~20배가량 작은 부피면에서 50% 이상 뛰어난 물질전달 효율을 갖는 고체 탄산화 시스템을 구현했다.
또 연구팀은 미세다공성 고분자를 속이 빈 실과 같은 중공사막 형태로 가공해 모듈화할 수 있는 기술을 확보했다.
이렇게 제조된 초투과성 중공사막 모듈에 이산화탄소·질소 혼합 기체를 흘려보내면 이산화탄소만 선택적으로 빠르게 분리막을 가로질러 중공사막 외부의 알칼리 이온과 반응해 순간적으로 탄산염을 생성할 수 있다. 연구팀은 이 모듈을 연속으로 구현했다.
고 교수팀의 이 기술은 공간 효율성이 좋고 장시간 연속 공정이 가능해 이산화탄소 전환 공정의 에너지 및 비용 대비 효율성이 높다.
고동연 교수는 "새로 개발한 고체 탄산화 시스템은 온실가스 배출량이 많은 발전소나 제철소, 시멘트 제조업체 등 관련 산업계의 탄소배출권 구매량을 줄일 수 있다"면서 "자원 재순환을 통해 경쟁력을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
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