<사진. 이산화탄소를 흡수하는 플라스틱은 향후 발전소 굴뚝에서 이용될 수 있을 것이다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

청정 에너지 전환을 돕는 이산화탄소 스펀지

온실 가스 이산화탄소 (CO2)를 흡수하는 스펀지 형 플라스틱이 오염형 화석 연료에서 수소와 같은 새로운 에너지 원으로의 전환을 도울 것이다. 음식 저장소에서 사용되는 플라스틱의 다른 종류인 이 물질은 2030년까지 30퍼센트의 CO2 방출을 없애려는 오바마 대통령의 계획에 중요한 역할을 담당할 수 있으며 미래 발전소 굴뚝에 연결될 수 있을 것이다. 이 물질에 대한 보고는 미국 화학회 248회 국내 회의에 참석한 약 12000 프리젠테이션들 중 하나이다.

중요한 점은 이 폴리머가 안정적이며, 값이 싸고 매우 잘 CO2를 흡수한다는 것이다. 이 물질은 실재 환경에서 기능을 하도록 연구되고 있으며 연료 전기 기술이 이용되는 미래 환경에서, 이 흡수체는 CO2 방출없는 기술에 많은 도움을 줄 것이라고 엔드류 쿠퍼 박사가 말했다.

CO2 흡수체는 석탄과 가스와 같은 화석 연료들이 태워지는 발전소 굴뚝에서 나오는 온실 가스 오염물질들을 제거하는데 대부분 이용된다. 그러나, 쿠퍼 박사와 그의 연구팀은 줄어든 오염을 이끌 수 있는 다른 응용들을 위해 미세 다공성 유기 폴리머인 흡수체에 목표를 두고 있다.

이 새로운 물질은 화석 연료들을 수소 가스로 전환할 수 있는 석탄가스화복합발전 (IGCC)이라고 불리는 신종 기술의 일부분이다. 수소는 거의 오염을 발생하지 않기 때문에 연료 전지차와 전기 발전에서 이용하기 매우 유망하다. IGCC는 수소 경제를 활성화시키고 남아있는 화석 연료 인프라구조를 여전히 이용하면서 수소 연료로 전환시킬 연결 기술이다. 그러나 IGCC 공정은 분리되어야 하는 수소와 CO2 가스 혼합을 생산해 내고 있다.

영국 리버풀 대학 쿠퍼 박사는 이 스펀지가 IGCC 공정으로 고유 고압 하에서 최고로 구동한다고 말했다. 물 위에 놓인 주방용 스펀지처럼 이 흡수체는 분자들 사이 작은 공간들 내로 CO2를 흡수할 때 약간 부풀어오른다. 압력이 떨어졌을 때, 이 흡수체는 오므라들며 CO2를 방출한다. 이 때 저장을 위해 CO2가 수집될 수 있거나 유용한 탄소 화합물들로 전화될 수 있다.

갈색인 모래같은 분말인 이 물질은 수 많은 작은 탄소 기반 분자들을 네트워크로 함께 연결하여 만들어졌다. 쿠퍼 박사는 이 구조를 이용하려는 아이디어는 스티로폼이나 다른 패키징 물질에서 이용되는 플라스틱인 폴리스티렌에서 영감을 받았다고 설명했다. 폴리스티렌은 같은 팽창 운동에 의해 작은 양의 CO2를 흡수할 수 있다.

폴리머들을 이용하는 하나의 장점은 이 물질이 매우 안정적인 경향이 있기 때문이다. 이 물질은 CO2 흡수체들이 요구되는 발전소 내 혹독한 조건들에서 견딜 수 있다는 것을 증명하기 위해 끓는 산성에서도 견딜 수 있다. 플라스틱, 금속, 액체 형태로 만들어진 다른 CO2 스크러버 (scrubber)들은 이런 상태에서 잘 견디지 못 한다. 새로운 흡수체의 또 다른 장점은 다른 물질들에 응고되어 효과적인 작업을 할 수 없게 하는 수증기와 결합되지 않고 CO2를 흡수하는 능력이다. 또한 스펀지 폴리머는 저가로 또 다른 매력을 가지고 있다. 다른 많은 흡수체들에 비해, 대부분 탄소 분자들로 만들어지기 때문에 저가이다. 원리적으로 이 물질은 매우 견고하기 때문에 재사용이 가능하며 긴 수명을 가지고 있다.

쿠퍼 박사는 굴뚝과 다른 배기 장치들에서 사용하도록 이 미세 다공성 폴리머를 개선할 것이라고 말했다. 예를 들어, 발전소 배기에서 CO2를 제거하기 위해 이미 시험된 멤브레인들을 스펀지 폴리머에 포함시키는 것은 상대적으로 간단하다. 두 가지 종류의 스크러버들을 결합하는 것은 개별 장점을 이용하는데 훨씬 더 나은 흡수체를 만들게 할 것이다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr