국내 연구진이 `꿈의 신소재`로 알려진 그래핀을 이용해 세계에서 처음으로 차세대 이산화탄소(CO2) 분리막 소재를 개발했다. 기후변화 문제를 해결할 현실적 대안인 `이산화탄소 포집·처리(CCS)` 기술에 적용하면 포집 비용을 혁신적으로 낮출 수 있게 됐다. 이르면 2년 안에 상용화가 가능할 전망이다. 박호범 한양대 교수팀은 기존 소재와 비교해 두께를 100분의 1이상 줄인 이산화탄소 분리막 소재를 개발해 1000배 이상 높은 성능을 가진 이산화탄소 분리막을 개발했다고 4일 밝혔다.
이산화탄소 포집 방식은 포집 물질 형상에 따라 흡수제로 액체를 사용하는 습식, 고체를 사용하는 건식, 필름형태 막을 사용하는 분리막으로 구분된다. 분리막 소재는 다른 방식에 비해 가장 경제적인 방식으로 평가되지만 기술개발 단계상 초기 단계로 아직까지 세계적으로 상용화되고 있지 않은 분야다.
박 교수팀은 그래핀과 그래핀 유도체 크기를 조절하고 원자 두께 소재를 적층구조로 배열해 배기가스 중 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다는 사실을 규명했다. 연구팀이 개발한 그래핀 기반 분리막은 지지체를 결합하는 데 강한 용매를 사용하지 않고 수용성 용액을 이용한 코팅 방식을 적용해 대량 생산이 쉽다.
연구팀은 “그래핀을 적용한 신규 분리막 원천소재와 분리막 제조기술까지 확보해 2~3년 이내 조기 상용화와 기술사업화가 가능하다”고 설명했다. 글로벌워터 인텔리전스에 따르면, 2016년 분리막 시장은 37조원까지 확대될 전망이다. 연구 성과가 이산화탄소 등 기체분리, 해수담수화, 수처리 등 다양한 분야에 적용될 경우, 수조원의 매출 효과가 발생할 것으로 평가된다.
박상도 한국이산화탄소 포집과 처리 연구개발센터장은 “젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간 내에 우수한 연구 성과가 도출됐다”면서 “추가 연구를 통해 도출된 성과에 대한 실증을 조속히 완료해 기술 상용화를 가속화할 것”라고 말했다.
미래창조과학부 지원을 받아 수행한 이번 연구는 사이언스(온라인판)지 4일자에 게재됐다.
분리막=다른 두 물질사이에 존재하는 2차원 다공성·비다공성 소재. 분자나 이온을 선택적으로 분리시키는 역할을 하는 기능성 분리 소재로 유·무기소재를 기반으로 한 고분자소재가 전체 분리막소재의 약 95% 이상을 차지하고 있다. 수처리분야, 식품 및 음료분야, 의료분야, 기체분리를 포함한 석유 및 화학분야까지 광범위하게 사용되고 있다.
권동준기자 djkwon@etnews.com
