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2026년 09월 29일 11:26 권현수 기자

"탄소 잡고 수소 뽑고"…사정훈 동아대 교수팀, 기체 분리 신기술 개발

결정구조(sI·sII) 단계별 제어 기법 적용…무교반 고정층 반응기로 상용화 가능성 높여

국내 연구진이 가스 하이드레이트 결정구조를 단계별로 제어해 이산화탄소(CO2) 포집과 고순도 수소(H2) 회수를 동시 구현하는 친환경 기체 분리 공정 기술을 개발했다.

동아대학교는 사정훈 화학공학과 교수 연구팀이 KAIST 이재우 교수 연구팀과 공동으로 '2단계 기체 분리 공정'을 개발했다고 29일 밝혔다.

이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal, IF 12.5, JCR 상위 4%) 최신호에 게재됐다. 김도연·정시윤 동아대 석사과정과 김광범 KAIST 박사과정이 공동 연구로 참여했다.

탄소중립 이행 과정에서 수소 생산 시 발생하는 CO2 분리 및 고순도 수소 회수 기술은 청정 에너지 전환의 핵심 과제로 꼽힌다. 물 분자 결정 내부에 특정 기체를 가두는 '가스 하이드레이트' 기술은 교반 및 분리 원리가 유용하지만, 기존 단일단계 방식은 CO2 순도와 회수율을 동시에 높이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 서로 다른 결정구조(sI·sII)를 순차적으로 활용하는 방식으로 한계를 극복했다. 1단계에서 sII 하이드레이트를 형성해 '씨앗'으로 활용하고, CO2 선택성이 높은 sI 하이드레이트 성장을 유도해 포집 CO2 순도를 99% 이상으로 끌어올렸다. 2단계에서는 잔여 CO2를 추가 포집함과 동시에 수소를 기체상에 농축했다.

그 결과 최적 조건에서 CO2 회수율 85%·순도 91%, 수소 회수율 94%·순도 91%를 각각 기록했다. 두 단계 모두 소수성 표면처리 실리카 기반 고정층 반응기를 도입해 기계적 교반 없이도 효율적 형성이 가능하도록 설계했다.

사 교수는 "단일단계 공정이 가진 CO2 순도와 회수율의 트레이드오프(상충 관계) 한계를 극복한 성과"라며 "탄소 포집과 청정수소 생산을 하나의 공정으로 연계하는 차세대 가스 분리 기술로 활용도가 높을 것"이라고 설명했다.

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