경남과기대 에너지공학과 오현철 교수팀, 수소와 메탄 저장 기술 개발

버려진 바이오 폐자원으로 다기능 고효율 흡착 소재 개발

국립 경남과학기술대학교 에너지공학과 오현철 교수팀은 특정된 한 가지 기체저장에만 유리한 것이 아니라, 다양한 기체(수소, 메탄, 이산화탄소 등) 저장/포집에 매우 효과적인 ‘나노 다공성 활성탄’을 개발해 영국왕립화학회 (JMCA, Journal of Materials Chemistry A)(Impact Factor 9.931) 21일 자에 공개됐다.

일반적인 흡착제는 특정된 하나의 기체만을 타깃으로 제작되어, 다양한 기체 저장을 위해서는 별도의 흡착제가 추가로 필요했다. 하지만, 각 기체 저장에 필요한 물성을 하나의 다공성 물질에 모을 수 있다면, 단 하나의 흡착제로 다양한 기체를 고효율로 저장할 수 있게 된다.

오현철 교수와 Nour F. Attia 박사 연구팀은 버려지는 폐 바이오 물질(사탕수수 잎)을 판상형의 흑연 플레이크(Flakes)로 탄화한 뒤, 폴리머(polypyrrole) 나노입자를 화학적 반응으로 증착하는 방식으로 ‘비표면적’ 증가 및 ‘다양한 기체와의 흡착에너지’를 향상하는 데 성공했다.

▲경남과학기술대학교 에너지공학과 오현철(왼쪽) 교수팀.ⓒ경남과기대

이러한 나노 다공성 활성탄은 주요 미래 에너지원인 수소와 메탄의 효율적인 저장을 가능하게 했으며, 동시에 온실가스의 주범이 이산화탄소를 고효율로 포집할 수 있게 하는 등의 다재다능한 성능을 보여 주목을 받았다.

오현철 교수는 “버려지는 바이오 폐기물을 재활용해 모든 기체에 매우 효율적인 흡착제로 전환했다는 점에서 이번 연구의 의의가 있다”라고 말했다. 그는 이어, “특히 이번에 개발한 나노 다공성 활성탄은 화학적·기계적으로 매우 안정되어 다양한 산업 분야에서 활용 가능할 것이다” 라고 기대했다.

연구진이 얻은 기체 저장 능력은 77K에서 수소 5.9 wt %, 상온에서 메탄은 약7.6 mmol/g, 이산화탄소는 약 19.7 mmol/g를 저장 할 수 있었다. 참고로 이번에 얻은 흡착량은 기존 학계에서 활성탄 기반으로 보고되었던 기체별 최곳값과 유사한 결과였다.

이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 신진연구자지원사업, 해외우수신진연구자지원사업 등의 지원으로 수행됐다.

오현철 교수는 2014년 (독) 막스플랑크 연구소 재료화학과, 박사 졸업 후 2015년부터 경남과기대 에너지공학과에서 재직하고 있으며 나노다공성 물질을 활용한 동위원소 기체 분리 기술, 수소저장 측정 기술, 메탄/질소 분리, 이산화탄소 포집기술 개발에 앞장서고 있다.