한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 고동연 교수팀은 미국 매사추세츠공과대학(MIT) 화학공학과 T. 앨런 해튼 교수팀과 공동으로 전기에 의해 스스로 열을 내는 섬유를 이용한 ‘이산화탄소 직접 공기 포집’(DAC·Direct Air Capture) 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
DAC는 대기 중 이산화탄소를 직접 분리해 탄소 배출 농도를 원천적으로 낮출 수 있는 기술이다. 다만 공기 중 이산화탄소 농도가 400ppm 이하로 낮아 대량의 공기를 처리하기 위해 막대한 열에너지를 필요로 한다는 한계가 있다.
이를 극복할 방법으로 전기 구동 기반의 ‘저항 가열’(Joule heating) 방식이 떠오르고 있다. 저항 가열은 전기 에너지를 직접 열로 전환해 이산화탄소를 흡수하는 흡착제 자체를 가열하는 방식으로, 고온의 증기나 복잡한 설비가 필요 없다.
연구팀은 스마트폰을 충전할 수 있는 수준인 3V의 낮은 전압으로도 80초 만에 110도까지 가열할 수 있는 섬유 흡착제를 개발했다. 다공성 구조의 섬유 표면에 은 나노와이어(나노미터 굵기의 가는 실)와 나노입자 복합체를 3㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 두께로 균일하게 코팅했다.
전기가 매우 잘 통하면서도 이산화탄소 분자가 섬유 안까지 원활하게 이동할 수 있는 통로를 확보, 균일하고 빠른 가열과 효율적인 이산화탄소 포집이 가능하다. 이렇게 만든 섬유를 병렬로 연결할 때 전체 저항이 1Ω(옴) 이하로 낮아져, 대규모 시스템으로의 확장 가능성도 보여줬다.
연구팀은 개발한 기술을 실제 대기 환경에 적용해 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 회수하는 데 성공했다. 전기만으로 구동할 수 있어 태양광, 풍력 등 재생에너지와 연계해 사용할 수 있다. 연구팀은 2020년부터 관련 연구를 시작해 5년 만에 결실을 봤다. 핵심 기술에 대한 국내외 특허 출원도 완료했다.
고동연 교수는 “DAC는 단순히 이산화탄소 배출량을 줄이는 기술을 넘어 공기 자체를 정화하는 ‘음(陰)의 배출’을 가능케 하는 기술”이라며 “실험실 규모를 넘어 상용화를 추진할 계획”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스’(Advanced Materials) 지난 1일 자 온라인판에 실렸다.
헬로티 이창현 기자 |
