(In this diagram of the new system, air entering from top right passes to one of two chambers (the gray rectangular structures) containing battery electrodes that attract the carbon dioxide. Then the airflow is switched to the other chamber, while the accumulated carbon dioxide in the first chamber is flushed into a separate storage tank (at right). These alternating flows allow for continuous operation of the two-step process. Credit: Massachusetts Institute of Technology)
이산화탄소를 대기에서 추출하거나 혹은 공장이나 발전소에서 나오는 배기 가스에서 추출하는 일은 어렵지 않습니다. 문제는 상당한 에너지와 비용이 든다는 것입니다. 순수한 이산화탄소를 추출할 수 있으면 여러 용도로 활용할 수 있지만 대기 중 이산화탄소를 추출하는 플랜트가 그렇게 흔하지 않는데는 그럴 만한 이유가 있습니다.
물론 앞서 소개한 것처럼 그런 시도가 없지는 않지만 기존의 방법보다 더 저렴하고 에너지 효율적인 방법을 찾아야 할 필요가 있는 것입니다. 사하그 보스키안 (Sahag Voskian)을 비롯한 MIT의 연구팀은 매우 단순한 시스템을 이용해서 대기 중 이산화탄소 농도인 400ppm이나 그보다 낮은 농도에서도 100% 이산화탄소를 추출할 수 있는 방법을 개발했습니다.
이들이 개발한 방법은 용매에 이산화탄소를 녹이는 일반적인 방식이 아니라 전기 화학 셀(electrochemical cell) 방식의 화학 배터리를 사용하는 다소 특이한 방법입니다. polyanthraquinone 소재로 코팅된 얇은 막 전극 여러 개 사이에 이산화탄소가 포함된 공기를 흘려 보내면 충전 시 이산화탄소를 흡수하도록 한 후 다시 방전할 때 100% 순수한 이산화탄소를 내놓게 하는 것으로 두 개의 배터리 팩이 충방전을 끊임없이 반복하는 시스템입니다.
소개 영상: https://vimeo.com/368583616
연구팀에 의하면 7000번 정도의 충방전 사이클에도 효율은 30%정도 줄어들었으며 앞으로 2만 - 2만 5천회 사이클의 내구성을 지니도록 개량할 계획입니다. 이런 방식이 에너지 효율적일지 다소 의심이 되긴 하지만 연구팀에 의한면 기존의 방식이 10 기가줄 당 1톤의 이산화탄소를 추출했다면 이 방식은 1기가줄 당 1톤의 이산화탄소를 추출할 수 있다고 합니다. 또 다른 장점은 희토류나 비싼 원료를 사용하지 않고 구조가 단순해 대량 생산이 가능하다는 것입니다.
물론 실제로 그런지는 더 많은 연구가 필요하겠지만, 이산화탄소를 분리 포획해서 더 유용한 용도로 사용하기 위해서는 100%에 가까운 순수한 이산화탄소가 필요하므로 관련 기술 개발은 반드시 필요합니다.
참고
Sahag Voskian et al. Faradaic electro-swing reactive adsorption for CO2 capture, Energy & Environmental Science (2019). DOI: 10.1039/C9EE02412C
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