★ 1월 30일(수) 조간부터 보도하여 주시기 바랍니다.

보도자료		함께하는 공정사회 더 큰 희망 대한민국 교육과학기술부 Ministry of Education, Science and Technology
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이산화탄소 포집 효율을 획기적으로 향상시킨 물질 개발 - 질소대비 CO2 선택성 300배 증가, 네이처 커뮤니케이션즈 게재 -

□ 교육과학기술부(장관 이주호)는 (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(센터장 박상도)의 지원으로 카이스트 자페르 야부즈 교수, 알리 조스쿤 교수, 정유성 교수 공동연구팀이 질소대비 이산화탄소 선택성을 300배 높인 세계 최고 수준의 CO2흡수제를 개발했다고 밝혔다.

□ 최근 전 세계적으로 기후변화 대응을 위한 현실적 대안으로 이산화탄소를 포집하여 저장․처리하는 CCS*기술의 중요성이 부각되고 있다.

* CCS : Carbon Capture and sequestration

○ 현재 이산화탄소를 포집하는 기술로는 액상흡수제를 이용한 습식포집기술, 고체 흡수제를 이용한 건식포집기술, 필름과 같은 얇은 막을 이용하는 분리막 포집기술이 있다.

○ 발전소, 제철소와 같이 이산화탄소 대량 배출원에 적용하게 되는 동 기술은 고온과 다량의 수분이 존재하는 극한조건하에서도 포집효율이 낮아지지 않는 것이 연구개발의 핵심과제이다.

○ 기존에 연구되었던 건식흡수제인 MOF(Metal Organic Framework)나 제올라이트의 경우는 수분 조건에서 불안정하거나 합성이 비싸다는 단점이 존재하였다.

□ 연구팀이 이번에 개발한 흡수제는 건식흡수제로서, ‘아조-코프(Azo-COP)’라고 명명하였는데 값비싼 촉매 없이도 합성이 가능하여 제조비용이 매우 저렴하며, 고온 및 수분 조건에서도 안정한 특성을 나타내었다.

○ 코프(COP)는 간단한 유기분자들을 다공성 고분자형태로 결합시킨 구조체로 동 연구팀이 처음으로 개발한 건식 이산화탄소포집물질이다.

○ 연구팀은 이물질에 ‘아조(Azo)’라는 기능기를 추가로 도입함으로써 질소를 배제하고 혼합기체 중에서 이산화탄소만을 선택적으로 포집하도록 하였다.

○ ‘아조(Azo)'기를 포함하는 아조-코프(Azo-COP)는 일반적 합성방법을 통해 쉽게 제조하였으며, 값비싼 촉매대신 물과 아세톤 등의 용매를 사용해 불순물도 쉽게 제거함으로써 제조비용을 대폭 낮출 수 있었다.

□ 특히, 아조-코프(Azo-COP)는 이산화탄소와 화학적 결합이 아닌 약한 인력을 통해 결합함으로써 흡착제 재생 에너지 비용을 혁신적으로 낮출 수 있으며,

○ 350℃ 정도의 극한 조건에서도 안정해 이산화탄소 포집제로서 활용은 물론 더욱 가혹한 환경의 다양한 분야에서 포집 물질로 활용될 것으로 기대된다.

□ CCS R&D 센터의 박상도 센터장은 “Azo-COP를 CO2, N2 분리 실험에 적용한 결과 포집 효율이 수백배 향상됐다”며 “이 물질은 촉매가 필요 없고, 수분 안정성, 구조 다양성 등 우수한 화학적 특성으로 인해 앞으로 이산화탄소 포집을 비롯한 많은 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

□ 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 1월 15일자로 게재됐다.

	이 보도자료와 관련하여 보다 자세한 내용이나 취재를 원하시면 교육과학기술부 원천연구과과 용찬재주무관(☎ 02-2100-6725)에게 연락주시기 바랍니다.

붙임 1. 연 구 결 과 개 요

□ 연구팀이 개발한 질소 혐작용기(N2-Phobicity)를 이용한 이산화탄소 흡착량 감소 없이 높은 CO2/N2 선택도를 갖는 고분자는 기존의 연구 방향과는 다른 새로운 개념으로 다음의 3가지 특징을 갖는다.

- ①합성 시 촉매 비사용 ②질소가 풍부한 나노 다공성 고분자 ③질소 사이의 연결된 Azo 작용기(-N=N-)의 존재

□ 기존에 연구되었던 MOF(Metal Organic Framework)나 Zeolite의 경우는 수분 조건에서 매우 불안정(MOF)하거나 구조적으로 변형하기가 쉽지 않고 합성이 어렵거나 비싸다는 단점이 존재하였다.

□ 이에 반해 본 연구팀에서 제시한, Azo-COP이라 명명한 공유성 유기 고분자는 합성비용이 매우 저렴하며, 단량체를 통한 구조적 변형이 쉽고 고온 및 수분 조건에서도 좋은 특성들을 나타내었다

- 우선 BET 표면 분석법으로 측정한 Azo-COP의 표면적은 729m2/g 이었고 50℃에서 이산화탄소 흡착량 151.3 mg/g 선택도 288로, 일반 산업지역의 기준 온도라 할 수 있는 40℃이상에서 좋은 특성을 나타내었다.

- 또한 수분 조건에서의 안정성을 테스트하기 위해 끓는 물에 1주일 정도 보관 후 다시 BET 및 이산화탄소 흡착량, 선택도를 측정하였을 때도 큰 변화가 없었다.

□ 연구팀은 위와 같은 높은 선택도(288)는 고온에서 질소와 Azo 작용기(-N=N-) 사이에 반발력이 증가하기 때문이라 생각하였다. 이를 뒷받침하기 위해 시뮬레이션으로 살펴본 결과 Azo-COP에 이산화탄소가 흡착될 때보다 질소가 흡착될 때 엔트로피 변화량이 커지는 것을 알 수 있었다.

□ 결론적으로 본 연구팀에서 제시한 Azo-COP은 ①끓는 물이나 공기 중 350℃ 정도의 극한 조건에서도 안정함 ② 50℃에서 세계적으로 가장 높은 선택도(288) ③촉매 없이 가능한 고분자 합성 ④혐질소기(N2-Phobicity)라는 새로운 패러다임의 연구방향이다.

□ 현재 다양한 산업군에서 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 전처리 공정(40-75℃ 정도에서)을 많이 하고 있는데 Azo-COP의 좋은 선택도와 흡착량(50℃)은 위와 같은 산업에 쓰일 수 있는 좋은 물질이 될 것이라 기대한다.

붙임 2. 그림설명

질소(파란색 분자), 이산화탄소(회색과 분홍색 분자)가 섞인 기체가 Azo-COP을 통과 시, Azo-COP의 혐질소기(N2-Phobicity)로 인해 질소는 고분자 밖으로 빠져나가며 이산화탄소만 선택적으로 흡착.

붙임 3. 용   어   설   명

□ [나노다공성] 나노크기의 기공이 많은 물질로 활성 표면적이 넓어 기체 흡착이나 촉매 효율을 높이는데 매우 유리함

□ [공유결합유기고분자] 공유결합을 통해 유기 분자들을 핵기와 연결기의 반복된 형태로 만든 무형질의 네트워크 고분자의 일종

□ [질소 혐작용기] 기체의 포집시 질소를 배제하도록 만든 작용기. 질소 혐작용기를 도입함으로써 혼합기체중에서 이산화탄소만을 선택적으로 포집하는데 효율을 높일수 있다.

□ [MOF] 금속과 유기분자 연결기들이 규칙적으로 반복되면서 결정구조를 가지고 배열되어 만들어진 다공성의 금속유기골격체. 매우 작은 나노세공을 가지고 있어 표면적이 매우 높아 기체의 포집, 저장, 및 촉매로서 많은 응용성을 가지고 있다.