머리카락 두께 500만분의 1 크기 기체분자 분리한다

이종석 서강대 교수팀...석유화학공정 에너지 절감 기대

이종석 서강대 화공생명공학과 교수. 한국연구재단 제공

국내 연구팀이 머리카락 두께 500만분의 1에 해당하는 0.02nm(나노미터·10억분의 1m) 크기의 기체 분자를 분리하는 기술을 개발했다. 석유화학공정에 적용돼 에너지 소모량과 탄소 배출량을 줄이는 데 활용될 것으로 기대된다.

한국연구재단은 이종석 서강대 화공생명공학과 교수 연구팀이 이같은 연구결과를 국제학술지 ‘스몰 메소즈’에 지난 9월 1일 발표했다고 13일 밝혔다.

석유화학산업의 핵심 원료인 에틸렌은 원유에서 추출한 나프타를 고온에서 분해한 후 냉각과 압축, 분리 과정을 거쳐 생산된다. 이 과정에서 전체 석유화학 생산 공정의 40%에 해당하는 에너지가 소모된다. 과학자들은 이 과정에 드는 에너지 소모를 줄이기 위해 ‘분리막’ 기술에 주목하고 있다.

분리막은 혼합물로부터 선택적으로 특정 성분을 분리하는 물리적 경계층이다. 연구팀은 기존의 0.1nm 수준을 뛰어넘어 0.02nm 크기의 기체 분자까지 분리할 수 있는 분리막을 개발했다. ‘SZIF-8’란 나노입자를 개발해 분리막에 활용했다. 이 나노입자는 기존 입자들에 비해 골격체가 단단해 체거름 기능이 우수하며 에틸렌 분리 효율도 더 높다는 설명이다. 

실제 기존 분리막에 비해 에틸렌 분리 효율이 약 87% 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 “개발한 분리막은 대면적화도 용이하다”며 “관련 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다. 

이 교수는 “새로운 분리막 기술을 기존 액화증류공정과 하이브리드 형태로 운용하면 에너지 소모량 및 탄소 배출량을 줄이고, 탄소중립 실현에 기여할 수 있다”고 말했다. 
 

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]