국내 연구진이 꿈의 신소재로 알려진 그래핀을 이용해 '이산화탄소(CO2) 분리막 소재'를 개발하는데 성공, 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 처리하는 비용이 획기적으로 낮아질 것으로 기대된다.

그래핀은 일반적으로 연필심에 사용되는 6각형 구조의 흑연(탄소원자)의 한 면만을 떼어낸 두께 0.2nm의 물리적 화학적으로 매우 안정된 물체로 기존의 강철보다 강도는 200배 강하고, 실리콘보다 전류가 100배 잘 흐른다.

미래창조과학부는 4일 한양대학교 박호범 교수팀이 한국이산화탄소포집 및 처리연구개발센터의 지원을 받아 그래핀을 활용한 차세대 이산화탄소 분리막 소재를 개발했다고 밝혔다.

분리막은 정수기 속 필터처럼 특정 물질만 통과시키는 막을 말한다. 대규모 화학공장은 물론 휴대전화 배터리, 해수담수화 필터 등 다양한 용도로 쓰이는 분리막은 2016년 기준으로 세계 시장 규모가 약 37조 원에 이를 것으로 기대되고 있다.

이 때문에 많은 연구자가 꿈의 신소재인 그래핀을 이용해 분리막을 만들기 위한 다양한 시도를 해 왔다.

하지만 기존 분리막의 경우 막소재와 지지체 결합시 강한 용매를 사용해 지지체가 용매에 녹는 문제와 분리성능 향상을 위해선 난해한 중공사막화가 요구돼 대량생산이 용이하지 않다는 약점이 제기돼 왔다.

이번에 국내 연구진에 의해 개발된 그래핀 기반 분리막 소재의 경우 그래핀과 그래핀 유도체의 크기를 조절하고, 원자두께의 소재를 새로운 적층구조로 배열해 기존 이산화탄소 분리막 소재 대비 두께를 100분 1 이상 줄인것이 특징이다.

이를 통해 배기가스 중 이산화탄소를 선택적으로 분리할 수 있다는 사실을 세계 최초로 규명하고, 기존 분리막과 비교해 1000배 이상 성능이 향상된 세계 최고 수준의 CO2 분리막 소재를 개발하는 데도 성공했다.

특히 국내 연구진에 의해 개발된 그래핀 기반 분리막 소재의 경우 지지체를 결합하는데 필요한 물질로, 강한 용매를 사용하지 않고 수용성 용액을 이용한 코팅 방식을 사용하는 것으로 대량생산에 매우 용이하다.

또한, 세계 최초로 그래핀을 적용한 신규 분리막 원천소재와 분리막 제조기술까지 확보해 2~3년 이내에 조기 상용화 및 기술사업화가 가능할 것으로 보인다.

박상도 한국이산화탄소포집및처리연구개발센터장은 "젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간내에 우수한 연구 성과가 도출돼 기쁘다"면서, "추가 연구를 통해 도출된 성과에 대한 실증을 조속히 완료해 기술 상용화를 가속화 할 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스' 이날자 인터넷판에 실렸다.