국내연구진이 기체 혼합물에서 이산화탄소를 선택적으로 투과시키는 고효율 멤브레인(분리막) 제조기술을 개발해 에너지 저감 및 탄소중립 지원에 나섰다.

KAIST는 생명화학공학과 배태현 교수팀이 고분자 분리막의 구조와 화학적 특성을 전략적으로 제어해 높은 효율로 이산화탄소를 분리제거할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

멤브레인(분리막)은 목표물질을 선택적으로 투과시키는 박막으로 저에너지 분리기술로 주목을 받고 있으나 기존 고분자 분리막은 치밀한 구조를 가져 활용이 제한되는 단점이 있다.

이를 대체키 위해 일정한 미세기공을 갖는 소재를 분리막으로 활용, 기체의 투과 선택성을 높이려는 연구가 진행중이지만 제조과정이 복잡하고 강도가 약해 실제 공정에 사용하기에는 적합하지 않다.

이번에 KAIST 연구팀은 가공성이 높은 고분자 소재와 제어가 쉬운 화학반응을 이용해 미세기공을 형성, 저비용으로 양산이 가능한 분자체 분리막을 구현했다. 연구에서는 고분자 분자체 분리막에 아미노 그룹을 도입해 이산화탄소의 선택투과성을 높였다.

새로 개발된 분리막은 고성능이지만 쉽게 부서지는 탄소분자체 분리막과 달리 고분자 분리막에 준하는 기계·화학적 안정성을 갖고 높은 유연성을 지녔다.

또 대량생산에도 유리한 공정이 적용돼 상업화 조건도 좋다. 특히 이산화탄소 분리 성능이 우수하고 분리공정에 따라 맞춤형으로 튜닝이 가능해 향후 여러 산업분야로 확대 적용이 가능하다.

KAIST 생명화학공학과 이홍주 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 온라인판에 지난 12일자로 게재됐다.(논문명:Mechanically stable polymer molecular sieve membranes with switchable functionality designed for high CO2 separation performance).

이홍주 연구원은 "개발된 이산화탄소 분리막은 비교적 간단한 공정으로도 고분자 소재에서는 달성키기 어려웠던 이산화탄소 분리 성능을 갖고 있다"며 "고분자 분리막이나 탄소 분자체 분리막을 적용하려는 여러 화학산업에 적용 가능한 훌륭한 대안"이라고 말했다.