델라웨어 대학 "공기에서 CO2를 99% 제거하는 탄소 포집기술 개발"

델라웨어 대학(University of Delaware) 엔지니어는 수소로 구동되는 새로운 전기화학 시스템을 사용하여 공기에서 이산화탄소를 99% 효과적으로 포집하는 기술을 개발하여 3일학술지 '네이처 에너지' (Nature Energy)에 공개했다.

이 논문의 공동 저자인 브라이언 세츨러(Brian Setzler) 델라웨어대 교수는 "연구 과정에서 HEM 연료전지가 이산화탄소를 거의 대부분 흡수한다는 사실을 발견했다"며 "이는 이산화탄소를 분리해 제거하는데 유용하게 쓰일 수 있다"고 말했다. 이 기술은 자동차에 사용하기 위한 보다 효율적인 연료 전지로 이어질 수 있다.

탄소 포집 및 저장(CCS)은 과학자들이 기후 위기를 해결하는 데 중요한 역할을 하기를 희망하는 새로운 기술이다.

◇연료 전지 효율성을 위한 판도를 바꾸는 기술

탄소 포집 및 저장(CCS)은 과학자들이 기후 위기를 해결하는 데 중요한 역할을 기술이다. 하이브리드 또는 친환경 차량에 연료 전지는 연료 화학 에너지를 직접 전기로 변환하여 작동한다. 화학 및 생체 분자 공학의 헨리 벨랭 뒤퐁(Henry Belin du Pont) 의장인 유산 양(Yushan Yan) 교수는 오늘날 사용되는 기존의 산 기반 연료 전지 에 대한 경제적이고 환경 친화적인 대안인 수산화물 교환막(HEM) 연료 전지를 개선하기 위해 노력했다고 밝혔다.

HEM 연료전지는 이산화탄소에 극도로 민감하여, HEM 연료전지가 원활하게 작동하기에 어려움이 따른다. 연구원들은 본래 수산화물 교환 멤브레인(HEM) 방식 연료전지를 연구했다. HEM 연료전지는 값비싼 플래티늄을 촉매로 쓰는 수소이온 교환막(PEM) 연료전지와 달리 가격이 낮은 알칼리성 재료를 쓸 수 있다는 장점이 있다. 하지만 이산화탄소(CO₂)에 노출되면 효율이 20%까지 급격히 악화된다는 문제가 있어 상용화에 어려움을 겪고 있다.

연구원들은 이산화탄소에 민감하다는 HEM 연료전지의 특징을 역이용해 탄소 포집 기술에 적용했다. 이 논문의 공저자인 브라이언 세츨러 델라웨어대 교수는 "연구 과정에서 HEM 연료전지가 이산화탄소를 거의 대부분 흡수한다는 사실을 발견했다"며 "이는 이산화탄소를 분리해 제거하는데 유용하게 쓰일 수 있다"고 말했다.

연구진은 분리막으로 쓰이는 멤브레인 장치 내부에 소형 전기화학 시스템을 가동할 수 있는 전원 장치를 탑재하는데 성공했다. 이산화탄소 분리에 특화된 멤브레인 형태의 소형 연료전지를 만든 것이다. 적은 부피에 비해 표면이 넓은 나선 모양의 모듈이라 크기가 작고 효율이 높은 탄소 포집 장치를 만들 수 있다.

이같은 방식으로 만든 2.5x2.5㎝ 크기의 셀은 1분당 2리터의 속도로 흘러 들어오는 공기에서 99%의 이산화탄소를 걸러냈다고 연구진은 밝혔다. 무게 350g의 시제품은 분당 10리터의 속도로 유입되는 이산화탄소를 98% 8%를 제거할 수 있다고 연구원들은 말했다.

Setzer는 자동차 애플리케이션에 맞게 확장된 이 장치는 대략 우유 1갤런 크기이지만 다른 곳에서도 이 장치를 사용하여 이산화탄소를 제거할 수 있다. 예를 들어, UD 특허 기술은 지속적인 여과가 중요한 우주선이나 잠수함에서 더 가볍고 효율적인 이산화탄소 제거하는데 쓰일 수 있을 것으로 기대된다. 연료전지는 수소를 원료로 쓰기 때문에 수소경제의 발전과 함께 활용처도 더 늘어날 전망이다.