한국과학기술원(KAIST·총장 배충식)이 바닷물 속 이산화탄소(CO₂)를 대기로 나올 수 없는 돌로 바꿔 영구 저장하는 기술을 개발했다. 차세대 해양 탄소 제거 기술의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
KAIST는 고동연 생명화학공학과 교수팀이 미국 매사추세츠공대(MIT)의 T. 앨런 해튼 교수팀과 바닷물 속 CO₂를 탄산칼슘(CaCO₃)으로 바꿔 사실상 영구 저장하는 '전기화학 기반 해양 탄소 제거' 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
바다는 인간이 배출한 CO₂의 약 30%를 흡수하는 지구 최대의 탄소 저장고다. 바닷물 속 CO₂를 제거하면 바다는 대기 중 CO₂를 다시 흡수하게 된다.
기존 기술은 주전자에 물때가 끼듯 탄산칼슘 등 광물이 전극 표면에 달라붙어 장치가 막히는 스케일링 현상이 발생했다. 시간이 지날수록 성능이 떨어져 장치를 자주 세척하거나 교체해야 했고, 에너지 소비와 유지관리 비용도 높았다.
연구팀은 속이 빈 실처럼 생긴 전극 안에 이온만 통과시키는 막과 전기 반응을 함께 일으키는 상대전극(짝을 이루는 전극)을 동심구조(한 중심을 기준으로 여러 층을 원통형으로 배치한 구조)로 내장한 중공사 전극 조립체(HFEA: 속이 빈 실 모양 전극을 묶어 만든 장치)를 개발했다.
광물이 전극에 달라붙지 않고 전극 바깥에서 만들어지도록 장치 구조를 새롭게 설계한 것이다. 이 구조에서는 대부분의 광물이 전극 표면이 아니라 바깥쪽에서 생성되고, 전극에서 자연스럽게 발생하는 수소 기포가 칫솔처럼 전극 표면을 계속 닦아주는 역할을 해 광물이 달라붙는 것을 막는다.
실제로 제주 용암 해수를 이용한 실험에서 장치를 120시간 이상 안정적으로 연속 운전하는 데 성공했다. 바닷물 속 용존무기탄소의 80~90%를 제거했으며, 기존 기술보다 전력 소비를 최대 54% 줄였다. 또 탄소를 제거하는 과정에서 고순도 수소와 수산화마그네슘도 함께 생산해 경제성까지 높였다.
고동연 교수는 “이번 기술은 바닷물 속 CO₂를 다시 대기로 나오지 않는 돌 형태로 바꿔 영구 저장함으로써 바다가 지속적으로 새로운 CO₂를 흡수하도록 돕는 기술”이라며 ”해양 탄소 제거 기술의 상용화를 앞당기고 탄소중립 사회 실현에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
박인환 KAIST 생명화학공학과 박사과정과 이영훈 MIT 박사(2023년 KAIST 졸업)가 공동 제1 저자로 참여한 이번 논문은 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 6월 19일자 온라인판에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
