기후변화 대응의 핵심 분야인 ‘이산화탄소 포집’ 관련 최고 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

향후 해당 기술개발이 완성돼 ‘이산화탄소 포집 및 처리(CCS)’기술에 적용될 경우 CO₂ 포집비용을 혁신적으로 낮춰 우리나라가 관련 산업을 이끌어나갈 수 있을 것으로 기대된다.

미래창조과학부는 꿈의 신소재로 일컬어지는 그래핀을 이용해 세계 최초로 최고 수준의 차세대 ‘CO₂ 분리막 소재’를 국내연구진이 개발했다고 4일 밝혔다.

CCS(Carbon Capture and Sequestration)란 CO₂를 대량 발생원으로부터 포집한 후 압축·수송 과정을 거쳐 지중에 안전하게 저장하거나 유용물질로 전환하는 일련의 과정을 말한다.

‘분리막 소재’는 CO₂ 포집 방식 중 하나인 분리막 방식에 활용되는 핵심 소재다. 개발완료시 다른 방식에 비해 가장 경제적이라고 평가되고 있으나, 아직 기술개발 초기단계로 세계적으로 상용화되지 않고 있다.

미래창조과학부 산하 (재)한국이산화탄소포집 및 처리연구개발센터의 지원을 받아 한양대 박호범 교수팀이 수행한 이번 연구는 세계적 학술지인 Science지(온라인판)에도 4일 게재됐다.

논문명은 ‘Selective Gas Transport through Few-Layered Graphene and Graphene Oxide Membranes’이다.

이번 연구는 그래핀과 그래핀 유도체의 크기 조절 및 원자두께의 소재들을 새롭게 적층구조로 배열하여 배기가스 중의 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다는 것을 세계 최초로 규명했다.

이를 통해 기존 소재 대비 두께를 1/100이상 줄임(5 nm이하)으로써 기존 분리막과 비교해 1000배 이상 성능이 향상된 세계 최고 수준의 CO₂ 분리막 소재를 개발하는 데 성공했다.

이번에 개발된 그래핀 기반 분리막 소재의 경우 지지체를 결합하는데 필요한 물질로, 강한 용매를 사용하지 않고 수용성 용액을 이용한 코팅 방식을 사용하는 것으로 대량생산에 매우 용이하다.

기존 분리막의 경우 막소재와 지지체 결합시 강한 용매를 사용하여 지지체가 용매에 녹는 문제와 분리성능 향상을 위해서는 난해한 중공사막화가 요구되어 대량생산이 용이하지 않았다.

또한, 세계 최초로 그래핀을 적용한 신규 분리막 원천소재와 분리막 제조기술까지 확보돼 2~3년 이내에 조기 상용화 및 기술사업화가 가능하다.

글로벌워터 인텔리전스에 따르면 2016년 분리막 시장이 37조원까지 확대될 것으로 전망되고 있다.

따라서 해당 성과가 CO₂등 기체분리, 해수담수화, 수처리 등 다양한 분야에 적용돼 상용화될 경우 약 수조원의 매출효과 발생이 예상된다.

박상도 연구개발센터장은 “젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간내에 우수한 연구 성과가 도출되어 기쁘다”면서 “추가 연구를 통해 도출된 성과에 대한 실증을 조속히 완료하여 기술 상용화를 가속화 할 것”라고 말했다.

/박은구기자