KAIST와 공동연구…2단계 기체 분리공정 개발
이산화탄소 85%·수소 94% 회수…국제 저명 학술지 게재

동아대학교 연구팀이 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 포집하면서 고순도 수소(H₂)를 동시에 회수할 수 있는 새로운 기술 개발에 성공했다. 탄소포집과 청정수소 생산을 하나의 공정으로 연계할 수 있어 친환경 에너지 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.

동아대는 화학공학과 사정훈 교수팀이 한국과학기술원(KAIST) 이재우 교수팀과 공동으로 가스 하이드레이트의 결정구조를 단계별로 제어하는 ‘2단계 기체 분리공정’을 개발했다고 29일 밝혔다.

동아대 사정훈 교수 연구팀이 개발한 가스 하이드레이트 결정구조 제어를 통한 ‘CO2 포집 및 고순도 H2 회수 2단계 공정’ 연구성과 대표 모식도. 동아대 제공

이번 연구에는 동아대 김도연·정시윤 석사과정 학생과 KAIST 김광범 박사과정 학생이 참여했고, 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 최근 게재됐다.

가스 하이드레이트는 물 분자가 형성한 미세한 결정구조 내부에 특정 기체를 가두는 물질이다. 연구팀은 이산화탄소와 수소가 결정구조에 포집되는 정도가 다르다는 특성에 착안해 서로 다른 두 종류의 하이드레이트 결정구조(sI·sII)를 순차적으로 활용하는 분리공정을 개발했다.

1단계에서는 이산화탄소 선택성이 높은 결정구조의 성장을 촉진해 포집된 이산화탄소의 순도를 99% 이상으로 높였다. 이어 2단계에서 남은 이산화탄소를 추가로 포집하면서 수소를 농축하는 데 성공했다.

그 결과 최적 조건에서 이산화탄소는 순도 91%에 회수율 85%, 수소는 순도 91%에 회수율 94%를 각각 달성했다. 특히 별도의 기계적 교반 없이도 하이드레이트 형성을 촉진하는 기술을 적용해 기존 단일단계 공정의 한계를 개선했다.

사 교수는 “서로 다른 하이드레이트 결정구조의 장점을 단계적으로 활용해 기존 공정의 한계를 극복했다”며 “탄소포집과 청정수소 생산을 연계하는 새로운 가스분리 기술로 발전할 가능성이 크다”고 말했다.