아주대·화학연, 제품 수율 높일 차세대 반응기 개발

해당 연구의 교신저자를 맡은 김석기 교수(사진=아주대

[이데일리 신하영 기자] 국내 연구진이 화학반응 과정에서 생성되는 수분을 제거하는 반응기를 개발했다. 이를 활용하면 제조업 등에서 제품 수율을 높일 수 있을 것으로 기대를 모은다.

아주대·한국화학연구원 공동 연구팀은 이러한 연구성과를 얻었다고 5일 밝혔다. 이번 연구는 김석기 아주대 화학공학과 교수팀과 문수영 한국화학연구원 책임연구원팀이 공동으로 수행했다. 연구결과는 저명 국제학술지(Nature Communications) 3월호에 게재됐다.

산업 공정에서 화학반응의 부산물로 생기는 수분은 제품 수율을 낮추거나 공정상 사용되는 촉매의 성능을 저하시킨다. 이에 학계·산업계에선 그간 공정상 발생하는 수분을 제거하기 위한 연구를 진행해왔다.

연구팀은 폴리이미드의 중공사막을 만든 뒤 열적 재배열을 통해 물 투과 성능이 우수한 폴리벤족사졸 막을 제조했다. 이렇게하면 고온의 화학반응에서도 열·화학적 안정성을 유지할 수 있다. 중공사막은 가운데가 비어있는 실 형태를 지칭하는 것으로 해당 연구에선 샤프심 두께(0.5 mm)의 빨대와 같은 모양으로 제작했다.

연구진은 이렇게 개발한 분리막 반응기의 성능을 실험을 통해 검증해냈다. 우선 새로 개발한 반응기를 활용, 일산화탄소를 높은 수율로 얻어낼 수 있음을 확인했다. 이산화탄소와 수소가 반응하면 일산화탄소와 물이 생성되는데 연구팀이 개발한 분리막 반응기를 활용하면 일산화탄소의 생성 효율을 2배 이상 높일 수 있다.

기후변화와 환경문제가 부각되면서 탄소중립의 중요성도 커지고 있다. 이산화탄소를 포집·처리 기술이 주목받는 이유다. 연구팀이 검증한 화학반응은 모두 탄소 배출량이 많은 철강·시멘트·석유화학 산업 분야에서 이산화탄소를 포집·저장·활용하는 기술과 관련이 깊다. 때문에 연구팀이 개발한 분리막 반응기를 활용하면 이산화탄소 포집·처리분야에서 핵심 공정으로 알려진 이산화탄소 전환 반응과 합성 공정에서 에너지 효율을 개선할 수 있다.

김석기 아주대 교수는 “공동 연구를 통해 개발한 분리막·촉매 하이브리드 반응 시스템은 높은 산업적 잠재력을 가지고 있다”며 “향후 탄소중립을 위한 화학 반응 공정에 있어 부산물에 의해 발생하는 다양한 문제점을 해결하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다.