韓美연구진, 공기 중 이산화탄소 95% 이상 고순도로 잡는 기술 개발

KAIST·美MIT 공동 연구진
스마트폰 충전 시 쓰는 전력만으로 CO2 포집
재생에너지와 연결해 탄소중립에 도움 기대

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 스마트폰 충전기 수준의 전력만으로 공기 중 이산화탄소를 95% 이상 걸러내는 기술을 개발했다. 단순히 탄소 배출을 줄이는 것을 넘어, 공기 자체를 정화해 기후변화 대응 핵심 수단으로 주목받고 있다. 이 연구 성과는 지난 1일 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’의 내부 표지 논문으로 실렸다./Advanced Materials

국내 연구진이 스마트폰을 충전할 때 쓰는 정도의 전력만으로 공기 중 이산화탄소를 95% 이상 고순도 상태로 걸러내는 기술을 개발했다. 단순히 탄소 배출을 줄이는 것을 넘어 공기 자체를 정화할 수 있어, 탄소중립 달성을 앞당길 수 있는 기술로 주목받고 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 고동연 생명화학공학과 교수 연구진이 미국 매사추세츠공대(MIT)와 함께 초고효율 ‘전기 구동 직접공기포집(DAC)’ 기술을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다. DAC는 대기 중에 아주 적은 양으로 퍼져 있는 이산화탄소를 직접 걸러내는 기술이다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 1일 실렸다.

지금까지 DAC 기술은 상용화에 어려움이 있었다. 공기 중 이산화탄소 농도가 매우 낮아 많은 양의 공기를 처리해야 하고, 한 번 모은 이산화탄소를 다시 분리하는 데도 많은 에너지가 필요했다. 실제로 전체 에너지의 70% 이상이 이 과정에 쓰였다.

연구진은 이러한 문제를 ‘전기로 직접 가열하는 방법’으로 해결했다. 전기를 흘리면 이산화탄소를 잡는 섬유가 스스로 뜨거워지는 방식으로, 고온 증기나 복잡한 장치 없이도 빠르고 정확하게 온도를 조절할 수 있다. 덕분에 공기 중 이산화탄소를 잡고 다시 분리하는 과정을 짧은 시간 안에 반복할 수 있다. 스마트폰 충전기 수준인 3볼트(V) 전기로도 섬유를 110도까지 80초 만에 데울 수 있으며, 불필요한 열 손실은 20% 줄였다.

이 기술의 핵심은 ‘은 나노 코팅 섬유’다. 연구진은 이산화탄소를 잡는 성능이 뛰어난 물질을 섬유 안에 넣은 뒤, 은으로 만든 아주 가는 실과 입자를 섬유 겉면에 고르게 입혔다. 즉, 전기는 잘 통하면서도 이산화탄소가 섬유 안까지 쉽게 들어가 빠른 가열과 효율적인 포집이 동시에 가능하다. 실제 공기 중에서도 95% 이상의 고순도 이산화탄소를 모으는 데 성공했다.

은 나노 복합체 기반 전도성 섬유형 DAC 소자의 제작 과정과 고속 작동 사이클을 통한 이산화탄소 포집·재생 메커니즘 모식도./KAIST

고 교수 연구진은 이미 2022년 말 국제 특허를 출원해 원천 기술을 확보했다. 단순 실험실 연구를 넘어 상용화를 위한 준비도 마쳤다.

이 기술은 전기만으로 작동하기 때문에 태양광·풍력 같은 재생에너지와 연결하기 쉽다. 재생에너지 100% 사용을 목표로 하는 ‘RE100′을 선언한 기업들이 탄소중립 공정을 추진하는 상황에서 바로 활용할 수 있는 기술로 평가된다. 이밖에도 빌딩 공조 시스템과 연계한 도심형 DAC, 분산형 전기화학 반응기 등 다양한 미래 에너지 환경 기술에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

고동연 교수는 “이번 기술은 단순히 이산화탄소 배출을 줄이는 것뿐 아니라, 공기를 깨끗하게 만드는 핵심 수단”이라며 “산업 현장은 물론 도심형 시스템에도 적용할 수 있어, 한국이 미래 DAC 기술을 이끄는 데 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.

(왼쪽부터) KAIST 생명화학공학과 고동연 교수, MIT 화학공학과 T. Alan Hatton 교수, 이영훈·이정훈·주화주 MIT 화학공학과 박사./KAIST

참고 자료

Advanced Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202504542

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