KAIST, 바닷물 속 탄소 '돌'로 바꿔 영구 저장…차세대 해양 탄소 제거 기술 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 국제 공동 연구를 통해 바닷물에 녹아 있는 이산화탄소를 탄산칼슘 등 안정적인 광물(돌) 형태로 바꿔 대기로의 재유출 없이 영구 저장하는 차세대 해양 탄소 제거(e-DOC) 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 미국 매사추세츠공과대학교(MIT)와 '전기화학 기반 해양 탄소 제거(e-DOC)' 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

기존 전기화학 해양 탄소 제거 기술은 반응 과정에서 형성된 탄산칼슘 등의 광물이 전극 표면에 쌓이는 '스케일링(Scaling)' 현상으로 인해 장치 성능이 급격히 저하되고 지속적인 세척 및 관리가 필요해 에너지 소비와 비용 부담이 컸다.

이에 연구팀은 속이 빈 실 모양의 다공성 금속 중공사 전극 내부에 이온교환막과 상대전극을 1mm 미만 간격의 동심구조로 배치한 '중공사 전극 조립체(HFEA)'를 고안해 냈다.

이를 통해 광물 생성 반응 영역을 전극 바깥쪽으로 공간적으로 분리했으며 전극 반응 시 발생하는 수소 기포가 전극 표면을 지속적으로 세척하는 '자가 세정 효과'를 유도해 스케일링 문제를 구조적으로 해결했다.

개발된 HFEA 시스템은 제주 용암 해수를 활용한 실증 실험에서 120시간 이상 성능 저하 없이 연속 운전하는 데 성공했다.

또 해수 속 용존무기탄소(DIC)의 80~90%를 효과적으로 제거하면서도 기존 H-셀 구조 대비 전력 소비를 최대 54%까지 절감했다.

특히 탄소 제거 과정에서 부가적으로 고순도 수소(H₂) 기체와 친환경 산업 원료로 활용되는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 함께 생산해 공정의 경제적 가치를 크게 향상시켰다.

고동연 교수는 “이번 기술은 바닷물 속 이산화탄소를 대기로 돌아가지 않는 광물 형태로 바꿔 영구 저장함으로써 바다가 지속적으로 새로운 이산화탄소를 흡수하도록 돕는 핵심 기술”이라며 “촉매 개량이 아닌 반응기 구조 설계만으로 효율과 안정성을 동시에 확보한 다목적 플랫폼으로서 선박 온보드 포집 및 해양플랜트 상용화를 앞당길 것”이라고 설명했다.