김선이 교수, MIT와 공동연구로 해수에서 이산화탄소 포획하는 신기술 개발
김선이 교수, IF 40 우수 국제저명학술지에 주저자로 논문 등재
해수에서 이산화탄소 직접 제거하여 대기중 온실가스 감축에 기여
공과대학 환경공학과 김선이 교수가 MIT(Massachusetts Institute of Technology) 교수진과의 공동연구를 통해 해수에서 이산화탄소를 포획하는 새로운 공정을 개발해 지구온난화 대응을 위한 국제적 노력에 중요한 발판을 마련했다. 해당 연구 결과를 담은 논문 「Asymmetric chloride-mediated electrochemical process for CO₂ removal from oceanwater」은 IF(Impact Factor) 39.712 인 우수 국제저명학술지 《Energy & Environmental Science》에 게재됐다.
대기 중 이산화탄소를 효율적으로 제거하는 방법에 대한 연구가 전세계적으로 많은 관심을 받고 있는 가운데, 최근에는 해수에서 이산화탄소를 직접 제거하는 방법이 대기중 이산화탄소 농도를 줄일 수 있는 유망한 가능성으로 부상했다. 바다는 대기 중 이산화탄소를 가장 많이 흡수하는 곳으로 인간 활동으로 생성된 모든 이산화탄소의 약 30~40퍼센트를 흡수해왔기 때문이다.
해수에서 이산화탄소를 제거하는 기존의 방법은 바이폴라 이온교환막(bipolar ion exchange membrane) 스택에 전압을 가하고 물 분해를 통해 해수를 산성화하는 방식으로 이루어졌다. 이러한 방식으로 물 속의 중탄산염이 CO₂ 분자로 변환되고 진공 상태에서 제거될 수 있으나, 바이폴라 이온교환막의 비용이 많이 들고, 스택의 양쪽 끝에서 높은 전압을 가하거나 추가적인 화학 물질을 투입하는 프로세스의 비용과 복잡성이 증가한다는 문제가 있었다.
이에 본교 환경공학과 김선이 교수와 MIT 화학공학과 앨런 해튼(T. Alan Hatton) 교수, MIT 기계공학과 크리파 바라나시(Kripa B. Varanasi) 교수 공동 연구진은 전지에 화학 물질을 투입하지 않고, 바이폴라 이온교환막도 사용하지 않는 새로운 시스템을 구축했다. 그 결과 연구팀이 고안한 공정은 기존에 보고된 것에 비해 간단한 구성으로도 더 높은 에너지 효율로 이산화탄소를 포집할 수 있었다. 이 공정에서는 우선 첫 번째 전지에서 해수를 산성화하여 중탄산염을 이산화탄소로 전환, 이를 가스 형태로 수집한다. 다음 공정에서 두 번째 전지로 공급된 물은 역반응을 통해 양성자를 회수하고 산성수를 다시 알칼리성으로 바꾼 후 바다로 방출된다. 이러한 과정을 반복함으로써 해수 내 이산화탄소를 연속적으로 추출할 수 있다.
연구를 진행한 김선이 교수는 “인류가 당면한 가장 큰 문제인 기후 변화 문제를 해결하기 위해 많은 사람들이 다양한 분야에서 노력하고 있으나 여전히 많은 과제가 남아있다”며, “본 연구를 통해 이산화탄소 포집을 위한 새로운 방향을 제시할 수 있어 기쁘게 생각하고 우리에게 남겨진 수많은 과제를 해결해 나가는 데 하나의 발판이 될 수 있기를 바란다”고 말했다.