저전력으로 대기 정화…KAIST·MIT, e-DAC 세계 최초 개발

KAIST 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 미국 MIT T. 앨런 해튼 교수팀과 함께 저전력으로도 고효율 이산화탄소 포집이 가능한 신기술 'e-DAC' 를 개발했다.

KAIST는 25일 이번 공동연구 성과를 발표하며, 스마트폰 충전기 수준인 3볼트(V) 전압만으로 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 확보했다고 밝혔다.

대기 중 희박하게 존재하는 이산화탄소를 직접 걸러내는 직접공기포집(DAC)은 기존에 100도 이상의 고온 증기가 필요한 재생 공정 때문에 높은 에너지 비용이 문제였다.

전체 에너지 소비의 70%가 이 과정에서 소모되는 만큼 효율성과 경제성이 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.

공동연구팀은 전기를 통해 자체적으로 열을 발생시키는 섬유를 적용해 이 난제를 풀었다.

전기장판처럼 섬유에 전류를 흘려 필요한 지점만 가열하는 ‘저항 가열(Joule heating)’ 방식을 채택함으로써 외부 열원 없이도 80초 만에 섬유를 110도까지 올릴 수 있게 했다.

이 과정에서 불필요한 열손실은 약 20% 줄어들었다.

핵심은 ‘숨 쉬는 전도성 코팅’을 구현한 것이다.

은 나노와이어와 나노입자를 혼합한 복합체를 파이버 표면에 3㎛ 두께로 균일하게 코팅해 전도성과 기체 확산성을 동시에 확보했다.

이 3차원 다공 구조 덕분에 이산화탄소 분자가 내부로 원활히 이동해 균일하고 빠른 가열과 효율적 포집이 가능해졌다.

또 다수의 파이버를 모듈화해 병렬 연결했을 때 전체 저항이 1Ω 이하로 유지되는 것도 확인됐다.

이를 통해 대규모 시스템 확장이 가능함이 입증됐고, 실제 대기 환경에서 95% 이상의 순도 높은 이산화탄소를 회수하는 데 성공했다.

이번 연구는 2020년부터 5년간 진행됐으며, 2022년 말에는 핵심 기술의 PCT 및 국내·국제 특허 출원을 완료해 지식재산권도 확보했다.

전기만으로 작동하는 특성상 태양광·풍력 등 재생에너지와의 연계도 용이해 RE100을 선언한 글로벌 기업의 탄소중립 수요와 맞닿아 있다는 평가다.

고동연 교수는 “DAC는 단순히 이산화탄소 배출을 줄이는 기술을 넘어, 공기 자체를 정화하는 '음(陰)의 배출(negative emissions)'을 가능케 할 핵심 수단”이라 전했다.

그는 “특히 e-DAC는 산업 현장은 물론 도심형 시스템까지 폭넓게 활용될 수 있어 한국이 미래 DAC 기술의 선도국으로 도약하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

이번 성과는 KAIST 박사과정 졸업생 이영훈 박사가 주도했으며 MIT의 이정훈·주화주 박사가 공동 제1저자로 참여했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 온라인판에 게재됐다.

다른기사보기

박세준 ([email protected]) 기사제보