미래창조과학부는 발전소에서 배출되는 가스로부터 온실가스인 이산화탄소를 획기적으로 포집할 수 있는 금속-유기 복합체(MOF) 기반 새로운 흡착제가 국내연구진에 의해 개발되었다고 발표했다.

고려대학교 화학과 홍창섭 교수팀은 미래창조과학부에서 추진하는 Korea CCS 2020 사업의 지원을 통해 이산화탄소 포집에 유리하면서도 발전소 배가스에 포함된 수증기와 산성가스에도 강한 ‘니켈기반 금속-유기 복합체’를 개발하였다.

금속-유기 복합체는 유기리간드에 의해 연결된 금속 기반 노드로 구성되어 매우 큰 비표면적, 미세조정이 가능한 기공의 발달, 대량합성 가능성 때문에 다양한 가스 분리에 높은 응용성을 갖는 반면, 수분과 산성조건에 구조적 안정성이 붕괴되는 단점 때문에 이산화탄소 포집제로 활용하기에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 니켈기반 금속-유기 복합체를 합성하여 pH 1.8의 강산이나 끓는 물 조건에서 이산화탄소를 흡착하면서도 장시간 구조적 안정성을 유지하는 우수한 결과를 확인하였다. 또한 기존의 제조 시간이 긴 용매(수)열 반응법에서 탈피하여 마이크로웨이브를 조사하는 새로운 대량생산 방법을 제시함으로써 향후 건식 이산화탄소 흡착제로서의 활용 가능성을 제시하였다.

“건식 이산화탄소 포집법”은 소재가 저렴하고 설비구축 비용이 적게 들어 적은 비용으로 온실가스 감축이 가능하며, 부식성이 없는 친환경 재료를 사용하므로 폐수가 발생하지 않는다는 장점 때문에 액체 흡수제를 이용하는 “습식” 방법과 필름형태의 막을 통해 특정 기체만을 분리하는 “분리막”방법과 함께 주요 3대 이산화탄소 포집방법으로 불리고 있다.

아울러 니켈기반 금속-유기 복합체는 수소이온 전도도도 높아 현재 연료전지의 양성자 교환막으로 이용되고 있는 대표적인 고분자 전해질막인 Nafion에 비견할 만한 전도도 값(2.2 x 10-2 S/cm)을 구현함으로써 향후 수소 연료전지의 양성자 교환막에 적용 가능성도 보였다. 그 외 금속-유기 복합체의 특성상 약물전달체, 가스 분리 및 저장, 센서 등 다양한 분야에 널리 활용될 것으로 기대된다.

미래창조과학부 이근재 연구개발정책관은 “미래창조과학부는 이산화탄소 포집 비용을 탄소배출권 거래가격 이하로 낮출 수 있는 소재‧공정기술(CCS기술) 개발에 지속적으로 투자할 것”이라고 밝히며, “본 연구성과가 온실가스 포집 뿐 아니라 다양한 분야에도 응용되어 신산업 창출에 기여하길 기대한다”고 말했다.