시간당 300kg 탄소포집...가정도 사용가능
배낭보다 작은 크기인데도 기존 시스템보다 100배 더 많은 탄소를 포집하는 시스템이 개발됐다.
미국 시카고 일리노이대학(UIC) 연구진은 현재의 탄소포집기술(CCU)보다 100배 더 효율적으로 이산화탄소를 포집하는 비용 효율적인 '적층형 인공잎 시스템'을 개발했다고 27일(현지시간) 발표했다.
연구진은 이 시스템으로 포집한 이산화탄소를 연료나 기타 재료로 활용할 수 있다고 밝혔다. 인공잎 시스템의 크기는 배낭에 들어갈 정도로 작다. 게다가 실험실 가압탱크의 순수한 이산화탄소로만 작동하는 다른 탄소포집기술과 달리, 이 인공 잎은 실험실 밖 현장에서도 작동이 가능하다.
미네시 싱 UIC공과대학 화학과 조교수는 "전기투석 방식으로 구동되는 인공잎 시스템은 모듈 표면적이 작고 유동성이 높다는 점이 흥미롭다"고 했다. 연구진에 따르면 모듈은 필요에 따라 추가하거나 뺄 수 있어, 산업계뿐만 아니라 가정과 교실에서 사용할 수 있다. 가정용 가습기 크기의 소형모듈은 하루 1kg 이상의 이산화탄소를 제거할 수 있다. 또 4개의 산업용 전기투석 장치로는 연도가스(flue gas)에서 시간당 300kg 이상의 이산화탄소를 포집할 수 있어, 탄소배출이 많은 화력발전소용으로 제격이다.
연구진은 기존의 표준 인공잎 시스템을 값싼 재료로 개조했다. 전기충전된 얇은막(멤브레인)으로 건조한 면과 젖은 면을 나눈 것이다. 건조한 쪽에서 유기용매는 이용가능한 이산화탄소에 부착돼 얇은막에 중탄산염 또는 베이킹소다를 생성한다. 중탄산염이 형성됨에 따라, 음전하를 띤 이온들은 얇은막을 가로질러 젖은 면에 있는 수성용액의 양전하를 띤 전극으로 당겨지는 것이다. 그리고 액체용액은 중탄산염을 다시 이산화탄소로 용해시켜 연료나 기타 용도로 활용할 수 있다. 여기에 전하를 이용하면 중탄산염이 얇은막을 가로질러 이동하는 속도를 높인다.
시험결과, 개조된 인공잎 시스템은 1시간에 4cm²당 3.3밀리몰(mmol)의 매우 높은 유동성(flux:반응에 필요한 표면적 대비 탄소포집 속도)을 보였다. 1와트(W)짜리 LED 전구에 필요한 에너지보다 적은 양의 전기(0.4KJ/시간)만 써도 다른 시스템보다 100배 이상 우수한 것이다. 이산화탄소 1톤당 시스템 비용은 145달러에 불과해, 탄소포집 비용이 1톤당 200달러를 넘지 말아야 한다는 에너지부의 권고와도 맞아떨어졌다.
싱 교수는 "인공잎 시스템은 성능이 가장 뛰어난 실험실 기반 시스템과 비교해도 탄소포집률이 높고 비용이 저렴하다"면서 "특히 연구실 밖에 배치될 수 있어 대기중 온실가스 감축에 크게 기여할 것"이라고 기대했다.
인공잎 시스템의 디자인과 실험결과는 에너지환경과학(Energy & Environmental Science) 학술지에 게재됐다.
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