99%의 공기 중 이산화탄소 제거율을 보여준 신기술

(Atmospheric air with low concentrations of carbon dioxide is passed through an aqueous solution of IPDA, where the carbon dioxide rapidly reacts to create a solid product. Carbon dioxide is subsequently re-released with mild heating of the product in suspension, for storage or new applications. Credit: Tokyo Metropolitan University)

공기 중 이산화탄소 농도가 지속적으로 상승하면서 지구 온난화 문제가 점점 더 심각해지고 있습니다. 온실 가스 배출을 줄이려는 노력에도 불구하고 이미 배출된 양이 상당한 데다, 한동안 크게 줄일 수도 없는 상황이라서 지구 온난화 문제는 더 심각해질 수밖에 없습니다.

이 문제에 대한 해결책 중 하나는 대기 중 혹은 공장이나 발전소에서 배출되는 배기 가스에서 직접 이산화탄소를 제거하는 것입니다. 그중에서도 직접 공기 중 포획 (DAC, direct air capture)는 장소에 구애 받지 않고 어디서나 대기 중 이산화탄소를 제거할 수 있으나 상당한 에너지와 비용이 필요해 논쟁이 있는 분야입니다.

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도쿄도립대학 (Tokyo Metropolitan University)의 과학자들이 찾은 해답은 아이소포론 디아민 isophorone diamine (IPDA, 3-(aminomethyl)-3,5,5-trimethylcyclohexylamine)이라는 물질입니다. IPDA 수용액은 공기 중 이산화탄소 농도 400ppm에서 30%의 광범위한 범위에서 물에 녹은 이산화탄소 99%와 결합할 수 있습니다. 1 mol의 분자가 한 시간 동안 201 mol의 이산화탄소와 결합할 수 있을 정도로 결합 능력이 뛰어납니다. 그런데 진짜 중요한 부분은 이렇게 결합한 이산화탄소를 회수하는 방법입니다.

이산화탄소와 결합한 IPDA 수용액은 카르밤 산 (Carbamic acid, 아미노카르복실산, H2NCOOH) 결정이 되어 고체 상태로 회수할 수 있습니다. 그리고 이를 다시 섭씨 60도 정도로 가열하면 IPDA 형태로 쉽게 회수할 수 있어 재활용이 가능합니다. 이 정도 낮은 열이라면 공장이나 발전소 폐열로도 감당할 수 있어 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 예상됩니다.

연구팀은 이 방법이 공기 중 직접 이산화탄소 포획이나 배기 가스 중 이산화탄소 포획 모두 비용/에너지 효율적으로 이산화탄소를 제거해 줄 것으로 기대하고 있습니다. 과연 실제 상용화가 될 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://techxplore.com/news/2022-05-fastest-carbon-dioxide-catcher-heralds.html

Soichi Kikkawa et al, Direct Air Capture of CO2 Using a Liquid Amine–Solid Carbamic Acid Phase-Separation System Using Diamines Bearing an Aminocyclohexyl Group, ACS Environmental Au (2022). DOI: 10.1021/acsenvironau.1c00065

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