이산화탄소 포집 비용 낮출 고분자 분리막 개발

기후변화 대응과 탄소중립 달성을 위한 이산화탄소 포집 비용을 크게 줄일 수 있는 고분자 분리막이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 간단한 열처리만으로 미세다공성 구조를 형성해 기존 분리막의 한계를 넘어서는 성능과 안정성을 확보한 것이 특징이다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 서강대학교 이종석 교수 연구팀이 외부 유래 미세다공성 고분자 분리막을 구현하는 데 성공했다고 27일 밝혔다. 연구 성과는 이산화탄소 분리 효율과 장기 안정성을 동시에 확보한 세계적 수준의 결과로, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 8월 5일 게재됐다.


연구팀은 불소가 포함된 방향족 고분자를 450℃에서 열처리해 선택적 탈불소화 반응을 유도했다. 이 과정에서 생성된 라디칼이 인접 고분자 사슬과 결합해 견고한 3차원 네트워크 구조를 형성했고, 안정적인 미세기공이 만들어졌다. 덕분에 기존 분리막에서 문제가 됐던 투과도-선택도 상충관계를 극복하면서도 장기 물리적 노화와 가소화에 대한 저항성을 확보했다.

실험 결과, 이산화탄소 투과도는 상용 폴리설폰 분리막 대비 2천100배 높은 1만2천 Barrer에 달했다. 또한 영하 20℃의 저온 조건과 40기압 이상의 고압 환경에서도 안정적인 성능을 유지했으며, 2019년 제시된 고분자 분리막의 이론적 성능 한계를 넘어섰다. 연구팀은 대면적 제조에 필수적인 중공사막 형태 제작에도 성공해 산업 적용 가능성을 입증했다.

개발된 기술은 CCUS(이산화탄소 포집·활용·저장), 석유화학 공정, 수소 생산 등 다양한 에너지·환경 분야에 활용될 수 있다. 특히 저온 조건에서도 우수한 성능을 발휘해 차세대 이산화탄소 포집 공정의 핵심 기술로 자리잡을 것으로 평가된다.

연구 수행은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 한우물파기 기초연구사업 및 선도연구센터(ERC) 집단연구과제 지원으로 이뤄졌다.