기존 소재보다 얇고 분리량 1000배 높아… 2∼3년내 상용화 가능
탄소원자가 그물같이 연결된 일명 `그래핀 체'를 이용해 이산화탄소를 거르는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
미래창조과학부는 박호범 한양대 교수(에너지공학과ㆍ사진)팀이 꿈의 신소재로 주목받는 그래핀을 이용한 차세대 이산화탄소 분리막을 개발했다고 3일 밝혔다.
세계 산업계와 과학기술계는 온난화 문제 해결이라는 인류 공통의 숙제를 풀기 위해 액체, 가루, 막 등 다양한 형태의 이산화탄소 분리기술을 개발하고 있다. 이중 `분자체'로도 불리는 분리막은 가장 경제적인 방식으로 꼽히지만 아직 개발 초기단계에 머물고 있다.
박호범 교수는 탄소원자가 육각형 구조를 이루며 그물같이 이어진 산화그래핀 조각 여러개를 다공성 고분자 지지체 위에 3∼5겹 쌓아 조각 틈새로 이산화탄소가 통과되도록 구현했다. 지름 0.33나노미터(㎚)의 이산화탄소와 지름 0.364㎚의 질소가 혼합된 기체가 이 막을 통과할 때 그래핀 조각간 틈새를 조절하면 이산화탄소만 통과하게 만들 수 있다. 0.1㎚ 크기의 수소원자와 이산화탄소를 분리하는 것도 틈새 크기 조절로 가능하다.
이렇게 만든 그래핀 분리막은 두께가 5나노미터(㎚)로 기존 소재에 비해 100분의 1 수준으로 얇다. 또 기존에 상업화된 고분자막에 비해 같은 단위면적에서 주어진 시간당 이산화탄소를 분리하는 양이 1000배 이상 많은 것으로 확인됐다.
이 연구결과는 중요성을 인정받아 세계적인 과학학술지인 사이언스지 온라인판 4일자에 소개됐다. 연구팀은 그래핀 분리막 원천소재와 분리막 제조기술까지 확보, 2∼3년 내에 상용화가 가능할 것으로 기대된다.
박 교수는 "산화그래핀 용액을 고분자지지체가 놓인 회전판 위에서 흘려주는 스핀코팅법으로 16인치(45㎝) 웨이퍼 크기의 분리막 소재를 만드는 기술을 개발했다"며 "롤 형태로 감긴 고분자지지체를 펼치면서 산화그래핀 원료를 위에서 분사해 코팅하는 대면적 제조기술도 개발중"이라고 밝혔다.
시장조사업체인 글로벌워터 인텔리전스에 따르면 2016년 분리막 시장은 37조원까지 커질 전망이다. 특히 이 기술은 기체분리뿐만 아니라 해수담수화, 수처리 등에 활용될 수 있다.
연구를 지원한 박상도 센터장은 "젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간 내에 우수한 연구성과를 내 기쁘다"면서 "추가 연구를 통해 기술 실증을 완료해 기술 상용화가 이뤄질 수 있게 할 것"이라고 말했다.
안경애기자 naturean@
미래창조과학부는 박호범 한양대 교수(에너지공학과ㆍ사진)팀이 꿈의 신소재로 주목받는 그래핀을 이용한 차세대 이산화탄소 분리막을 개발했다고 3일 밝혔다.
세계 산업계와 과학기술계는 온난화 문제 해결이라는 인류 공통의 숙제를 풀기 위해 액체, 가루, 막 등 다양한 형태의 이산화탄소 분리기술을 개발하고 있다. 이중 `분자체'로도 불리는 분리막은 가장 경제적인 방식으로 꼽히지만 아직 개발 초기단계에 머물고 있다.
박호범 교수는 탄소원자가 육각형 구조를 이루며 그물같이 이어진 산화그래핀 조각 여러개를 다공성 고분자 지지체 위에 3∼5겹 쌓아 조각 틈새로 이산화탄소가 통과되도록 구현했다. 지름 0.33나노미터(㎚)의 이산화탄소와 지름 0.364㎚의 질소가 혼합된 기체가 이 막을 통과할 때 그래핀 조각간 틈새를 조절하면 이산화탄소만 통과하게 만들 수 있다. 0.1㎚ 크기의 수소원자와 이산화탄소를 분리하는 것도 틈새 크기 조절로 가능하다.
이렇게 만든 그래핀 분리막은 두께가 5나노미터(㎚)로 기존 소재에 비해 100분의 1 수준으로 얇다. 또 기존에 상업화된 고분자막에 비해 같은 단위면적에서 주어진 시간당 이산화탄소를 분리하는 양이 1000배 이상 많은 것으로 확인됐다.
이 연구결과는 중요성을 인정받아 세계적인 과학학술지인 사이언스지 온라인판 4일자에 소개됐다. 연구팀은 그래핀 분리막 원천소재와 분리막 제조기술까지 확보, 2∼3년 내에 상용화가 가능할 것으로 기대된다.
박 교수는 "산화그래핀 용액을 고분자지지체가 놓인 회전판 위에서 흘려주는 스핀코팅법으로 16인치(45㎝) 웨이퍼 크기의 분리막 소재를 만드는 기술을 개발했다"며 "롤 형태로 감긴 고분자지지체를 펼치면서 산화그래핀 원료를 위에서 분사해 코팅하는 대면적 제조기술도 개발중"이라고 밝혔다.
시장조사업체인 글로벌워터 인텔리전스에 따르면 2016년 분리막 시장은 37조원까지 커질 전망이다. 특히 이 기술은 기체분리뿐만 아니라 해수담수화, 수처리 등에 활용될 수 있다.
연구를 지원한 박상도 센터장은 "젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간 내에 우수한 연구성과를 내 기쁘다"면서 "추가 연구를 통해 기술 실증을 완료해 기술 상용화가 이뤄질 수 있게 할 것"이라고 말했다.
안경애기자 naturean@
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