한상일 창원대 교수, '온실가스 저감' 다공성 흡착소재 개발

창원대(총장 이호영)는 한상일 화공시스템공학과 교수의 기능성나노소재연구실에서 수분과 산성가스에 대한 안정성을 크게 개선한 이산화탄소 선택적 흡착 다공성 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

기존에 개발된 소재 'UTSA-16(Co)'는 이산화탄소 흡착량과 선택도는 매우 우수한 반면 수분과 산성가스에 대한 안정성이 낮아 성능이 저하되는 문제점을 보였다.

하지만 이번 연구에서 코발트(Co) 금속을 아연(Zn) 금속으로 대체해 유기리간드와 결합해 유무기하이브리드골격체 'MOF, UTSA-16(Zn)'를 합성할 경우, 기존 소재의 결정 구조는 그대로 유지하면서 수분과 산성가스에 노출 후 성능 저하가 없는 것을 확인했다.

안정성 개선뿐만 아니라 기존의 우수한 이산화탄소 흡착량은 그대로 유지됐다. 선택도는 증가하는 획기적인 결과를 보였다. 일반적으로 MOF의 경우 소재 가격 상승으로 인해 실제 공정에 적용하기에는 어려움이 있지만, 아연은 타 금속에 비해 상대적으로 저렴해 MOF 1그램 생산에 소요되는 비용이 다른 MOF에 비해 3~10% 이하로 매우 낮다는 것을 생산원가분석기법을 통해 이번 연구에서 증명했다.

최고 수준의 이산화탄소 흡착량과 선택도, 안정성, 가격경쟁력을 고려하면 UTSA-16(Zn)는 현재까지 보고된 이산화탄소 흡착 소재 중 가장 우수하다는 것이 창원대 화공시스템공학과 기능성나노소재연구실의 설명이다.

해당 연구결과 'Novel metal organic framework of UTSA-16(Zn) synthesized by a microwave method: Outstanding performance for CO2 capture with improved stability to acid gases'는 공업화학 관련분야 국제전문학술지인 'Journal of Industrial and Engineering Chemistry(Impact factor=4.978; 화학공학분야 상위 10%)'에 게재됐다. 이 연구는 한상일 토목환경화공융합공학부 교수(교신저자)의 지도하에 Sanjit Gaikwad(주저자, 창원대 화공시스템공학과 박사과정) 학생이 참여해 수행됐다.

한상일 교수는 "UTSA-16(Zn) 흡착제의 이산화탄소 흡착량과 선택도는 기존 소재를 뛰어넘는 최고의 값을 보이며 안정성과 가격경쟁력까지 보유하고 있다"면서 "현재 흡착제 입자를 펠릿 형태로 고정화해 'pressure swing adsorption(PSA)' 연속 공정에 적용하는 연구를 진행 중이며, 수소가스 저장 등 에너지 저장분야에 적용 가능하다"고 설명했다.

이번 연구는 '한국연구재단 신진연구자지원 사업'과 '중소기업청 공동기술개발지원 사업'의 지원을 통해 수행됐다.