한국에너지기술연구원(원장 곽병성)이 개발한 새로운 산소투과 멤브레인 기술은 순수한 산소를 저렴하게 만드는 기술이다.
순수한 산소는 다양한 산업 분야에 쓰인다. 제강 공정 불순물 제거나 여러 공정의 온도를 높이는 일, 이산화탄소 포집에 활용 가능하다.
문제는 산소 제조에 많은 전력이 필요하다는 점이다. 대안으로 공기 내 산소를 분리하는 산소투과 멤브레인이 나왔다. 산소투과 멤브레인은 산소만 분리하는 이온전도성 막을 뜻한다. 산소 환원 반응과 이온화 산소 산화 과정을 동시에 일으켜 산소이온과 전자를 교환하는 방식을 쓰는데, 지금까지는 분리효율과 내구성을 모두 확보하기가 어려웠다.
연구팀은 기존에 쓰던 페로브스카이트 소재에 이온전도도와 안정성이 매우 높은 '형석계 산화물'을 더했다. 형석계 산화물의 경우 전기전도성이 거의 없어 기존 페로브스카이트를 복합하는 최적 구조를 만들었다. 또 소재 표면에 활성층을 구현해 성능을 높였다.
이렇게 만든 소재의 산소투과 성능은 1분에 1㎠당 3.6밀리리터(㎖)에 달한다. 세계 최고 수준이다. 10바(bar) 가압운전에도 세계에서 세 번째로 성공했다.
기술준비수준(TRL)은 4단계다. 현재 미니모듈을 제작해 성능 테스트를 진행하고 있다. 세계에서 두 번째로 평판형 소재 구현에도 성공했다. 이미 해외 특허 한 건과 국내 특허 세 건 등록에 성공했다.
유지행 박사는 “수년 간 실패를 통해 세계에서 세 번째로 대면적 분리막을 만들 수 있었다”며 “저비용 산소제조기술로 에너지와 환경문제를 모두 해소할 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
