동아대 사정훈 교수팀, 열역학·화학공학 상위저널 SCI 논문 2편 게재

동아대학교 화학공학과 사정훈 교수가 교신저자로 활약한 논문 2편이 SCI 학술지 ‘Energy’와 ‘Separation and Purification Technology’에 게재됐다.

두 저널은 세계적인 출판사 엘스비어(Elsevier)에서 발간하는 것으로 ‘Energy(에너지)’는 JCR(Journal Citation Reports) 열역학 분야 상위 5%(Impact Factor 8.857), ‘Separation and Purification Technology(분리·정제기술)’는 화학공학 분야 상위 10%(Impact Factor 9.136)에 해당하는 권위 있는 학술지다.

사 교수는 김광범 석사(제1 저자), 이주동·Hai Son Truong-Lam 박사(한국생산기술연구원 해양플랜트 기자재 R＆D 센터, 공동 저자)와 논문 ‘Facilitating clathrate hydrates with extremely rapid and high gas uptake for chemical-free carbon capture and methane storage’를 ‘Energy’에 게재했다.

사 교수팀은 이 논문에서 화학물질 주입과 기계적 교반 없이 실리카 샌드를 활용해 세계 최고 수준의 CO2 포집 특성 구현을 밝혀냈다.

가스 하이드레이트를 이용한 CO2 포집 기술은 높은 포집 속도와 분리 효율을 동시에 구현하는 것이 핵심 난제인데 하이드레이트 형성 과정 중 물질·열전달 특성이 제한되기 때문에 이를 달성하는 것이 매우 어려웠었다.

기존 연구에선 이를 개선하기 위해 화학물질 첨가제를 다량 주입하거나 기계적 교반을 가하게 되는데 환경 유해성과 높은 에너지 비용이 발생하는 데다 여전히 낮은 기체 포집 특성이 주요 문제로 지적받아왔다.

동아대 화학공학과 사정훈 교수(왼쪽), 김광범 석사.

사 교수는 “표면이 소수성으로 개질된 실리카 샌드를 다공성 매질로 활용하게 되면 물과 접촉하는 계면 특성을 변화시켜 효율적인 기체 확산을 가능하게 한다”고 설명했다.

이어 “이번 연구에서 기존에 보고된 하이드레이트 내 CO2 포집 속도와 포집량 최고 기록을 각각 55.3%, 21.6% 뛰어넘는 것을 확인했다”고 덧붙였다.

사 교수는‘Separation and Purification Technology’에 ‘Advanced pre-combustion CO2 capture by clathrate hydrate formation with water-to-gas molar ratio optimization’이란 제목의 논문도 발표했다.

사 교수는 이 논문에서 연소 전 CO2 포집 공정에 하이드레이트 기술을 적용하는 과정에서 CO2가 아닌 다른 물질이 일부 포집되는 문제점을 개선하기 위해 공정 변수(물/가스 비율, 첨가제 종류/농도, 온도/압력)를 최적화했고 매우 높은 CO2 포집 특성과 분리 효율을 달성했다고 설명했다.

그는 “최근 세계적으로 탄소중립의 중요성이 강조되고 있는데 가격이 저렴한 실리카 샌드와 친환경 물질인 하이드레이트를 이용, CO2 포집 공정 효율을 획기적으로 개선할 수 있었다”고 말했다.

이어 “이 기술은 하이드레이트 형성 반응 선택도를 이용하기 때문에 메탄, 천연가스, 수소, 질소 등의 기체 분리에도 적용될 수 있고 담수화와 폐수처리 공정에도 응용할 수 있다”고 설명했다.

이들 논문은 국내 특허 출원과 한국 신재생에너지학회 우수논문상 수상으로 이어졌으며 열역학/상평형, 가스 하이드레이트 분야에서 권위를 자랑하는 국제학회 PPEPPD와 ICGH에서 발표될 예정이다.

이번 연구는 동아대 화학공학과 BK21 교육연구단과 한국연구재단, 한국가스공사, 포스코 홀딩스 지원을 받아 수행됐다.

영남취재본부 황두열 기자 bsb03296@asiae.co.kr