카이스트 '스마트폰 충전 전력으로 고순도 CO₂ 포집' 성공

[대전=뉴시스] 은 나노 복합체 기반 전도성 섬유형 DAC 소자의 제작과정과 고속 작동 사이클을 통한 이산화탄소 포집·재생 메커니즘.(사진=카이스트 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국과학기술원(카이스트·KAIST)은 뜨거운 증기나 복잡한 설비 없이 스마트폰 충전 전압(3V) 수준의 저전력만으로 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 포집하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 생명화학공학과 고동연 교수팀이 미국 MIT 화학공학과 T. 앨런 해튼 교수팀과 공동 연구를 통해 창출한 성과로 세계 최초의 전도성 은나노 파이버 기반의 초고효율 전기 구동 직접공기포집(e-DAC) 기술이다.

기존 직접공기포집 기술은 흡수 및 흡착된 이산화탄소를 다시 분리(재생)하는 과정에서 100℃ 이상의 고온 증기가 필요했다. 이 과정에서 전체 에너지의 70%가 소모될 만큼 에너지가 많아 필요해 복잡한 열교환 시스템이 필수적으로 들어가야한다.

카이스트는 '전기로 스스로 뜨거워지는 파이버(섬유)'로 높은 에너지 소모문제를 해결했다.

연구진은 "전기장판처럼 섬유에 전기를 직접 흘려 열을 발생시키는 저항 가열(Joule heating) 방식"이라며 "외부 열원 없이 필요한 곳만 정확하게 가열해 에너지 손실을 획기적으로 줄였다"고 설명했다.

이 기술은 스마트폰 충전 수준인 단 3V의 낮은 전압만으로 80초 만에 섬유를 110℃까지 빠르게 가열할 수 있다. 이는 저전력 환경에서도 흡착과 재생 사이클을 획기적으로 단축하고 기존 기술 대비 불필요한 열 손실(감열)을 약 20%나 감축할 수 있다.

이번에 연구팀은 은 나노와이어와 나노입자를 혼합한 복합체를 다공성 파이버 표면에 머리카락 굵기보다 훨씬 가는 약 3마이크로미터(㎛) 두께로 균일하게 코팅했다.

이렇게 구현된 3차원 연속 다공 구조는 전기는 매우 잘 통하면서도 이산화탄소 분자가 파이버 내부까지 원활하게 이동할 수 있어 균일하고 빠른 가열과 효율적인 이산화탄소 포집을 할 수 있다.

또 연구팀은 다수의 파이버를 모듈화해 병렬로 연결했을 때 전체 저항이 1옴(Ω) 이하로 낮아져 대규모 시스템으로의 확장 가능성도 입증했고 실제 대기 환경에서 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 회수하는 데 성공했다.

이번 성과는 지난 2020년부터 시작해 5년 만에 맺은 결실이다. 이 과정에서 카이스트 연구진은 지난 2022년 말 핵심 기술에 대한 PCT 국제 특허 출원도 마쳤다.

연구 결과는 재료과학 분야의 세계적인 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인 판에 지난 1일 발표됐고 우수성을 인정받아 내부 표지(front Inside Cover)로 선정됐다.

고동연 교수는 "직접공기포집(DAC)은 단순히 이산화탄소 배출을 줄이는 기술을 넘어 공기 자체를 정화하는 핵심 수단"이라며 "이번에 개발한 전도성 파이버 기반 DAC 기술은 산업현장을 비롯해 도심 곳곳에서 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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