동아대 화학공학과 사정훈 교수(왼쪽)와 김광범 석사. (사진=동아대 제공)

동아대학교는 화학공학과 사정훈 교수가 교신저자로 활약한 논문 2편이 SCI 학술지 'Energy'와 'Separation and Purification Technology'에 게재됐다고 18일 밝혔다.

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 및 정제기술)'는 화학공학 분야 상위 10%(Impact Factor 9.136)에 해당하는 권위 있는 학술지다.

사 교수는 김광범 석사(동아대), 이주동·Hai Son Truong-Lam 박사(한국생산기술연구원 해양플랜트기자재R&D센터)와 함께 논문 'Facilitating clathrate hydrates with extremely rapid and high gas uptake for chemical-free carbon capture and methane storage'를 'Energy'에 게재했다.

사 교수 팀은 이 논문에서 화학물질 주입 및 기계적 교반 없이 실리카 샌드를 활용, 세계 최고 수준의 CO2 포집 특성 구현을 밝혀냈다.

가스 하이드레이트를 이용한 CO2 포집 기술은 높은 포집속도 및 분리효율을 동시에 구현하는 것이 핵심 난제인데 하이드레이트 형성 과정 중 물질 및 열전달 특성이 제한되기 때문에 이를 달성하는 것이 매우 어려웠었다.

기존 연구에선 이를 개선하기 위해 화학물질 첨가제를 다량 주입하거나 기계적 교반을 가하게 되는데 환경 유해성 및 높은 에너지 비용이 발생하는데다 여전히 낮은 기체 포집 특성이 주요문제로 지적받아왔다.

사 교수는 "간단한 화학 반응을 통해 표면이 소수성으로 개질된 실리카 샌드를 다공성 매질로 활용하게 되면 물과 접촉하는 계면 특성을 변화시켜 효율적인 기체 확산을 가능하게 한다"며 "이를 통해 기존에 보고된 하이드레이트 내 CO2 포집속도 및 포집량 최고 기록을 각각 55.3%, 21.6% 뛰어넘는 것을 확인했다"고 말했다.

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

사 교수는 이 논문에서 연소 전 CO2 포집공정에 하이드레이트 기술을 적용하는 과정에서 CO2가 아닌 다른 물질이 일부 포집되는 문제점을 개선하기 위해 공정 변수를 최적화, 매우 높은 CO2 포집 특성 및 분리효율을 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"며 "이 기술은 하이드레이트 형성 반응 선택도를 이용하기 때문에 메탄, 천연가스, 수소, 질소 등의 기체 분리에도 적용될 수 있고 담수화 및 폐수처리 공정에도 응용 가능하다"고 밝혔다.

특히 이들 논문은 국내 특허 출원과 한국신재생에너지학회 우수논문상 수상으로 이어졌으며 열역학/상평형 및 가스 하이드레이트 분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 국제학회 PPEPPD와 ICGH에서 발표될 예정이다.

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