연구성과

국내 연구팀, 수소를 직접 분리하는 나노다공성 소재 합성 성공 (2009.7.31)

2009-10-08710

국내 연구팀은 PST-1(POSTECH number 1)으로 명명된 새로운 조성의 극미세공을 갖는 제올라이트 분자체를 합성하여 수소(분자크기, 2.89Å)보다 약간 큰 이산화탄소(3.30Å) 또는 아르곤(3.40Å) 혼합가스의 분리 실험을 통해 PST-1이 수소를 상온에서 선택적으로 빠르게 분리할 수 있음을 발견하였다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 도약연구사업(구 국가지정연구실사업)과 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환인 ’이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단‘의 지원을 받아 POSTECH 환경공학부/화학공학과 홍석봉 교수의 주도하에, 석⋅박사 통합과정 2년차 신지호씨가 제1저자로 참여하였으며, 연구 결과는 화학분야에서 세계최고 권위의 학술지인 ‘앙게반테 케미 (Angewandte Chemie)’지에 7월 31일자 온라인판에 화제의 논문(Hot paper)으로 게재되었다.

연구팀은 포타슘 양이온과 갈륨을 이용하여 지금까지 전혀 보고되지 않았던 새로운 조성의 PST-1 제올라이트를 합성, 포항가속기연구소에서 측정한 X-선 회절 데이터 분석을 통해 그 내부에 2.0Å 보다 작은 크기의 균일한 세공이 존재함을 확인하였으며, 이 제올라이트의 가스 분리 특성을 연구한 결과, 아르곤이나 이산화탄소와 같은 크기가 큰 기체분자들은 흡착하지 않으나, 그 구조가 매우 유연하여 가장 작은 기체분자들, 특히 수소기체만을 선택적으로 흡착하는 성질을 밝혀냈다.

이번 연구가 국제적으로 주목받게 된 배경에는 PST-1 제올라이트가  매우 낮은 온도(60℃)에서도 쉽게 물이 빠져나가며, 800℃ 이상의 고온에서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 세계 최초로 수소나 헬륨 같은 작은 기체분자들에 대한 선택적 분리소재로 적용될 수 있는 가능성을 제시하였기 때문이다. 또한 PST-1 제올라이트는 대표적 온실가스인 이산화탄소의 보다 효율적인 분리에도 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 

홍 교수는 “현재 사용되고 있는 수소 분리 공정은 300℃ 이상의 고온을 필요 하거나 수소 외의 불순물을 제거하는 방식이기 때문에 PST-1 제올라이트의 합성으로 보다 경제적이며 선택적인 고순도 수소 제조 공정 개발이 가능할 것”라고 밝혔다.

이에 홍 교수는 PST-1 제올라이트의 혁신적 분리 특성을 이용한 고순도 수소 제조 및 이산화탄소 분리 공정의 개발이 환경 및 에너지 분야의 핵심적인 기술이 될 것을 고려하여 현재 국제 특허를 준비 중에 있다.