창원대학교 화공시스템공학 기능성나노소재연구실 연구 결과. (사진=창원대 제공)

창원대학교는 화공시스템공학과 기능성나노소재연구실에서 전기방사 기술과 마이크로전자기파 기술을 결합해 polyacrylonitrile 고분자 섬유 표면에 유기금속하이브리드(MOF, metal organic framework) 다공성 결정체를 성장한 이산화탄소 포집제를 개발했다고 14일 밝혔다.

공장, 발전소 등에서 화석연료 연소 후 대기 중으로 배출되는 온실가스 저감을 위해 습식, 건식 포집 방법을 적용할 수 있다.

건식 포집을 위해 기존 흡착제는 분말 입자를 결합해 펠릿 형태로 사용되지만, 이 연구에서 개발한 섬유부직포 형태의 흡착제는 섬유 표면에 MOF 결정층을 형성했고 이산화탄소 흡착 거동이 개선돼 입자 형태의 MOF 흡착제에 비해 이산화탄소·질소에 대한 흡착 선택도가 10% 이상 증가했다.

연구에서 사용된 UTSA-16(Co)와 UTSA-16(Zn) MOFs는 기존 MOF, 제올라이트, 활성탄 소재가 보여주는 이산화탄소 흡착량과 선택도를 2배 이상 뛰어넘는 우수한 성능을 보였다. 특히, UTSA-16(Zn)는 아연 금속으로 구성돼 상대적으로 타 금속에 비해 저렴해 기존 MOF보다 생산 원가가 낮다.

연구결과(Electrospun fiber mats with multistep seeded growth of UTSA-16 metal organic frameworks by microwave reaction with excellent CO2 capture performance)는 다공성 나노소재 국제전문학술지인 ‘Microporous and Mesoporous Materials(Impact factor=4.551)’에 채택됐다.

연구에는 한상일 교수(교신저자, 토목환경화공융합공학부)의 지도 하에 Ranjit Gaikwad(주저자, 화공시스템공학과) 박사과정 학생이 참여했다.

한 교수는 “지구온난화로 인해 기후 변화, 전염병 창궐, 생태환경 변화 등 전 지구적인 문제가 발생하며 이로 인한 사회, 경제적 손실은 막대하다. 이산화탄소는 대표적인 온실가스로 지구평균 기온상승의 주된 요인이며, 대기 중으로 배출되는 이산화탄소량을 줄이는 것은 매우 시급한 과제다”고 전했다.

또 “연구에서는 기존 펠릿 형태가 아닌 부직포 형태의 PAN/UTSA-16 포집제를 개발해 UTSA-16 입자를 고정화했으며, 이산화탄소 포집 성능 또한 매우 우수했다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 ‘한국연구재단 기본연구사업’과 ‘중소벤처기업부 미세먼지 저감 실용화 기술개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.