큐슈대학 대학원 공학연구원 화학공학부문의 호시노 준교수 연구그룹은 수증기를 다량 포함하는 연소 후 배기가스 중의 이산화탄소를 고효율로 회수할 수 있는 신규 재료 “온도응답성 흡수필름”을 개발하는데 성공하였다.

 

본 재료는 이산화탄소의 배출량을 대폭 삭감하는 Carbon Capture and Storage(CCS)와 수소 제조에서 이산화탄소 분리프로세스의 코어재료로서 기대되고 있다.

화력발전소와 공장, 자동차에서 배출된 이산화탄소는 지구온난화가스로서 그 배출량의 대폭적인 삭감이 요구되고 있다. 따라서 배기가스에서 이산화탄소를 선택적으로 분리, 회수하는 재료와 기술 개발이 요구된다. 그러나 기존 재료는 이산화탄소를 분리하기 위해 막대한 에너지를 필요로 하고 있어, 에너지를 절약하면서 높은 효율로 이산화탄소의 분리할 수 있는 재료를 개발할 수 있는지가 핵심이다.

큐슈대학화학공학부문의 호시노준 교수 연구그룹은 이산화탄소 흡수능력이 있는 아민(주1)을 온도 응답성의 겔 입자에 도입하고 겔입자를 기판표면에 도포함으로써 온도응답성의 이산화탄소 흡수필름을 개발하였다. 본 흡수필름 내의 겔 입자는 온도변화에 빠르게 응답하고 가변적으로 팽윤, 수축하며, 동시에 이산화탄소를 흡수, 방출한다.

지금까지 많은 고체 흡수재료가 개발되었으나, 기존 재료의 대부분은 수증기를 포함한 가스로부터 이산화탄소를 회수하는 데는 적합하지 않았다. 때문에 배기가스 중의 수분을 미리 제거할 필요가 있으며, 이 프로세스에 막대한 에너지를 필요로 하였다.

 

한편 이번에 개발한 온도응답성 겔 필름은 작은 온도차로 가역적으로 이산화탄소를 흡수할 뿐만 아니라, 습한 환경에서 100% 기능을 발휘하기 때문에 발전소와 자동차 등 수분을 많이 포함한 연소배기가스로부터 효율적으로 이산화탄소를 회수할 수 있다.

본 재료는 이산화탄소의 배출량을 대폭 삭감하는 Carbon Capture and Storage(CCS)와 연료전지시스템 등 수소 제조를 위한 이산화탄소 분리프로세스의 코어재료로서 기대된다. 연구그룹은 본 재료를 진화시켜 화력발전소와 공장, 자동차 등에서 발생하는 이산화탄소를 회수하는 고효율의 재료 및 장치를 개발하고 있다. 장래에는 기업과 연대하여 실용화하는 것을 목표로 하고 있다.

(주1) 화력발전소로부터의 이산화탄소 회수법으로는 아민수용액을 이용한 화학흡수법이 가장 실용화에 가깝다. 그러나 기존 아민수용액을 이용하면 배기가스에서 선택적으로 흡수한 이산화탄소를 분리하기 위하여 대량의 물을 포함하는 용액을 고온으로 가열할 필요가 있다.

 

이 가열을 위하여 많은 에너지를 필요로 한다. 따라서 물의 함량이 낮고, 낮은 온도에서 이산화탄소를 분리 가능한 흡수재의 개발이 요구된다. 본 온도응답성 흡수필름에 이용한 아민함유 겔 입자는 온도변화에 빠르게 응답하여 가역적으로 팽윤, 수축하기 때문에 낮은 온도에서 이산화탄소를 분리할 수 있다. 또한 물 함량이 기존의 아민수용액보다도 적기 때문에 에너지절약 측면에서도 이산화탄소 분리재료로서 기대된다.