국내 연구진, 탄소 배출 저감 혁신 분리막 기술 개발

서강대학교 화공생명공학과 이종석 교수 연구팀이 차세대 분리막 기술을 개발하며 탄소 배출 문제 해결에 기여할 새로운 가능성을 제시했다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 연구팀이 탄화수소를 효율적으로 분리할 수 있는 코발트-알킬아민 결함 구조를 가진 혁신적인 나노입자를 구현했다고 밝혔다.

전 세계적으로 탄소중립이 중요한 과제로 떠오르며, 지속 가능한 에너지 활용과 환경적 책임을 반영한 기술 개발이 필수가 되고 있다. 특히, 탄화수소 분리와 정제는 석유화학 공정에서 에너지 효율을 높이고 환경 영향을 줄이는 핵심 기술로 주목받아왔다. 하지만 기존의 열에너지 기반 분리 기술은 과도한 에너지 소비와 높은 탄소 배출로 인해 실용화에 한계가 있었다.

이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 기존에 사용되던 코발트 금속 기반 ZIF-67 소재에 비정질 알킬아민 결함 구조를 세계 최초로 도입했다. 새로운 기술은 기존 소재의 기체 분리 성능 저하, 수분 안정성 부족, 고농도 분리막 제조의 어려움 등 여러 문제를 개선하며 실용화 가능성을 높였다.

연구팀은 다양한 비이미다졸레이트계 결함 구조를 형성해 탄화수소 분리 성능을 크게 개선했다. 이 나노입자는 뛰어난 고분산성을 기반으로 고농도의 하이브리드 분리막 제작이 가능하며, 수분 안정성을 확보해 기존 소재의 취약점을 보완했다. 이를 통해 프로필렌(C3H6) 투과도와 선택도가 기존 기술 대비 각각 387%와 90% 향상되는 성과를 달성했다.

새로운 분리막은 에너지 소비를 크게 줄이고 탄소 배출량을 감소시키는 동시에, 석유화학 공정에서 생산성을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. 연구팀은 이를 기반으로 배터리, 촉매 등 다양한 에너지 핵심 분야로의 응용을 확대할 계획이다.

이종석 교수는 “하이브리드 분리막 소재는 기존 공정의 에너지 소비를 줄이고, 석유화학 공정의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다”며 “온실가스 배출을 줄이는 실질적인 대안으로도 활용될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 한우물파기 기초연구, 중견연구사업, 선도연구센터사업의 지원을 통해 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘Small’에 지난해 12월 16일자로 온라인 게재됐다.