나노기술 및 정책 정보

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지구 온난화의 주요 원인 중 하나는 주로 화석 연료를 태우고 강철과 시멘트를 생산하여 대기로 배출되는 엄청난 양의 이산화탄소이며, 이에 대한 대응으로 과학자들은 이산화탄소를 격리하여 저장 장소로 운반한 다음 대기로 들어갈 수 없는 장소에 저장하는 과정을 시도해 옴.

문제는 발전소와 산업 배출물에서 탄소를 포집하는 것이 비용 효율적이지 않다는 것임. 주된 이유는 폐 이산화탄소가 순수하게 배출되는 것이 아니라 질소 및 기타 가스와 혼합되어 산업 배출물에서 추출하려면 추가 에너지 소비가 필요하기 때문임.

과학자들은 에너지 효율적인 이산화탄소 필터를 개발하기 위해 노력해 왔으며, ‘멤브레인’이라고 하는 이 기술은 가스 혼합물에서 이산화탄소를 추출하여 저장하거나 유용한 화학 물질로 변환할 수 있음. 그러나 현재 이산화탄소 필터의 성능은 현재 사용 가능한 재료의 기본 특성에 의해 제한되어 옴.

스위스 로잔 연방 공과대학교 연구진은 그래핀으로 세계에서 가장 얇은 필터를 개발했지만, 그래핀 필터는 세계에서 가장 얇은 것이 아님. 또한 산업 배출 가스와 같은 혼합 가스에서 이산화탄소를 분리할 수 ​​있으며 대부분의 기존 필터를 능가하는 효율성과 속도로 수행할 수 있음.

연구진은 그래핀에 이산화탄소 크기의 구멍을 만들어 이산화탄소보다 큰 질소와 같은 다른 가스를 차단하면서 이산화탄소를 통과 시켰고, 그 결과로 높은 이산화탄소 포집 성능을 얻을 수 있었음.

비교를 위해 현재 필터는 1000개 가스 투과 장치(GPU)를 초과해야 하며 ‘이산화탄소/질소 분리 계수’라고 하는 탄소 포착 특이성은 20 이상 이어야 함. 연구진이 개발한 막은 11,800 GPU에서 10배 더 높은 이산화탄소 투과율과 분리 계수는 22.5를 나타냄.

연구진은 이 기술이 이산화탄소 톤당 30 달러에 가까운 탄소 포집 비용을 감소시킬 것으로 추정하는 반면 비용이 2~4배 더 높은 상업적 공정과는 대조적이라고 설명함. 연구진은 현재 스위스 정부와 스위스 산업에서 자금을 지원하는 프로젝트에서 하루에 10kg의 이산화탄소를 포획하는 파일럿 플랜트 시연기를 개발하여 프로세스를 확장하는 작업을 진행하고 있음.

본 연구 성과는 Science Advances ("Millisecond lattice gasification for high-density CO2- and O2-sieving nanopores in single-layer graphene")에 게재됨.