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IBIO 겸임 김동표 교수 <이산화탄소 포집 및 고정 통합형 계면촉매 반응시스템 구현>

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작성자 김상아 작성일17-03-08 15:19 조회154회 댓글0건

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[초발수/초발유 구조체와 이온성 액체 촉매를 결합하여 시스템의 효율을 극대화]

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연간 10기가 톤 단위로 배출되는 이산화탄소는 지구온난화의 주된 원인으로 지목되고 있어서 온실가스 저감은 글로벌 이슈로 부각되고 있다. 따라서 이산화탄소를 효율적으로 포집, 고정 및 저장(CCU; CO₂ Capture and Utilization)하는 여러 기술들을 개발하려는 시도가 다양하게 이루어지고 있다.

하지만 기존에 사용된 기술들은 이산화탄소의 낮은 포집 및 고정효율, 용매 손실, 장비 부식, 고비용의 재생 과정 등의 문제를 가지고 있다. 또한, 포집된 이산화탄소를 포름산, 메탄올 등과 같은 화합물로 전환하여 활용하는 고정반응 공정은 높은 이산화탄소 압력 등의 극한 조건을 요구하여 기존의 석유 기반 화학에 비해 경쟁력이 떨어진다.

미래창조과학부 리더연구자지원사업(창의연구)의 지원을 받은 김동표 교수팀은 계면 촉매 반응을 이용하여 이산화탄소의 고정 및 화학적 전환이 동시에 이루어질 수 있는 시스템을 개발하였다.

초발수/초발유 실리콘 나노와이어 구조체에 의해 기체와 액체의 안정적인 층류가 구현되고, 나노와이어 구조체의 상단에 이산화탄소의 화학적 전환을 위한 촉매가 고정되어 있는 구조이다. 초발수/초발유 특성의 구조체가 아민 유기체의 액체 흐름과 이산화탄소를 포함한 기체 흐름을 평행 분리하되 그 사이의 물리적 장벽을 제거하여 물질 전달은 극대화한 시스템이 활용되었다. 특히 구조체 상단에 고정된 촉매를 고정함으로써 촉매 기능의 반복적 사용을 용이케 하였다. 이 촉매는 이온성 액체에 기반한 것으로, 이산화탄소를 혼합 기체로부터 선택적으로 용해한 후 촉매 기능을 하여서 이산화탄소의 포집과 고정을 동시에 가능케 하였다.

이산화탄소 불순물을 함유한 천연가스를 이용한 예시 실험에서, 약 11%가 이산화탄소 포집률을 보여주었고, 포집된 이산화탄소는 상온/상압 조건에서 의약품 원료물질로 전환하는 반응(최대 수율 97%)에 활용되며, 동시에 천연가스의 정제과정을 함께 수행함으로써 산업적으로도 의미가 크다. 이 결과를 기반으로 이산화탄소 포집률을 획기적으로 높일 수 있는 포집 공정과 시스템을 구현하는 후속 연구가 진행 중이다.

종래의 이산화탄소 고정 기술은 포집된 CO₂의 수송, 압축 및 저장 등의 공정이 필요한 반면, 개발된 기술은 화력발전소와 같은 온실가스 배출원에서 발생되는 연소 배가스 중 CO₂를 산업적인 용도로 직접 고부가 가치 제품으로 전환 활용이 가능하다. 향후 본 기술의 실증을 통해 CO₂ 저감뿐만 아니라 탄소배출권 및 고부가 화합물 생산과 연계하여 환경 문제 해결과 수익 창출의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 대안이 될 수 있다.

이 연구를 주도한 김동표 교수는 “통합형 시스템을 통하여 고순도의 이산화탄소 혹은 천연가스 등에 포함된 이산화탄소를 이용한 고부가가치의 화합물의 생성 및 분리 정제가 용이해졌으며, 이는 궁극적으로 이산화탄소 기반 지속가능 화학의 실용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 밝혔다.

본 연구는 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 3월 6일자에 게재되었다.

 

http://www.postech.ac.kr/%ed%99%94%ea%b3%b5-%ea%b9%80%eb%8f%99%ed%91%9c-%ea%b5%90%ec%88%98%ed%8c%80-%ec%9d%b4%ec%82%b0%ed%99%94%ed%83%84%ec%86%8c-%ed%8f%ac%ec%a7%91-%eb%b0%8f-%ea%b3%a0%ec%a0%95-%ed%86%b5%ed%95%a9%ed%98%95/?pageds=1&k=&c

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