이산화탄소를 돌덩이로··· 해양 온실가스 정화기술 개발

[사진=한국과학기술연구원]

[이뉴스투데이 김진성 기자] 한국 연구진을 포함한 국제공동 연구진이 바닷물 속 이산화탄소를 ‘돌(탄산칼슘)’로 바꿔 영구 저장하는 기술을 개발했다. 대표적 지구온난화 원인 물질인 이산화탄소를 바닷속에 영구 저장할 수 있는 길이 열린 것이다. 연구진은 이 기술을 통해 ‘차세대 해양 탄소 제거 기술’의 상용화를 기대할 수 있을 것으로 보고 있다.

고동연 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구팀은 미국 매사추세츠공대(MIT)의 T. 앨런 해튼 교수팀과 공동으로 ‘전기화학 기반 해양 탄소 제거(e-DOC)’ 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

바다는 인간이 배출한 이산화탄소의 약 30%를 흡수하는 지구 최대의 탄소 저장고다. 바닷물 속 이산화탄소를 제거하면, 바다는 대기 중 이산화탄소를 다시 흡수하게 된다. 바닷물 속 이산화탄소를 인위적으로 제거할 수 있으면 지구온난화에 대응할 수 있는 유력한 수단 중 하나가 된다. 

연구팀은 바닷물에 녹아 있는 탄소 성분인 ‘용존무기탄소’를 다시 대기로 나오지 않는 돌(광물) 형태로 바꿔 저장하는 방법을 찾아냈다. 이렇게 저장된 탄소는 영구적으로 다시 이산화탄소로 돌아가지 않는다.

유사한 아이디어는 기존에도 있었다. 그러나 탄산칼슘 등 광물이 전극 표면에 붙어 장치가 막히는 스케일링(Scaling) 현상이 발생해 효율이 점차 떨어지는 문제가 있었다. 장치를 자주 세척하거나 교체해야 했고, 이 과정에서 에너지 소비와 유지관리 비용도 높았다.

공동연구진은 속이 빈 실 모양 전극을 묶어 만든 ‘중공사 전극 조립체(HFEA, Hollow Fiber Electrode Assembly)라는 장치를 새롭게 개발해 이 문제를 해결했다. 광물이 전극에 달라붙지 않고 전극 바깥에서 만들어지도록 장치 구조를 새롭게 설계한 것이다.  이 구조에서는 전극에서 발생하는 수소 기포가 전극 표면을 계속해서 닦아주는 역할을 해 생성된 탄산칼슘이 전극 바깥쪽에서 달라붙는 것을 막는다. 

연구진은 이렇게 만든 장치를 제주 용암 해수를 이용해 실험한 결과 120시간 이상 안정적으로 운전하는데 성공했다. 바닷물 속 용존무기탄소의 80~90%를 제거했으며, 기존 장치에 비해 전력 소비는 최대 54% 줄어들었다. 탄소 제거 과정에서 산업 원료로 사용할 수 있는 고순도 수소와 수산화마그네슘 등의 친환경 소재 역시 얻을 수 있는 것도 장점이다. 소형·모듈형으로 제작할 수 있어 선박이나 해양플랜트(바다에서 운영되는 산업시설) 등에 쉽게 설치할 수 있다. 

고동연 교수는 "이번에 개발한 기술을 통해 해양 탄소 제거 기술의 상용화를 앞당기고, 탄소중립 사회 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.