2050 탄소중립 선언 이후, 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되는 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 효과적으로 저감하기 위한 다양한 흡착 기반 포집 기술이 활발히 연구되고 있다. 현재는 산업체와 발전소와 같은 대규모 배출원을 대상으로 한 탄소 포집 및 저장·활용(Carbon Capture, Utilization & Storage, CCUS) 기술이 주로 개발되고 있지만, CO₂의 포집, 압축, 운송, 저장에 많은 에너지와 비용이 소요된다. 또한 포집된 CO₂의 저장 공간은 특정 지역에 한정되어 있어 모든 배출원에 동등하게 적용하기 어렵다는 한계가 있다. 특히 실제 대기 중 저농도 CO₂를 효율적으로 포집할 수 있는 기술은 아직 부족하며, 현재까지는 토양이나 식물 등 자연 생태계의 자정 능력에 크게 의존하고 있다. 따라서 넓은 습도 및 온도 범위와 같은 가변 조건에서 외부 에너지원의 공급 없이도 작동 가능한 고효율, 친환경, 저에너지 기반의 기술 개발이 필요하다.

CO₂를 포집할 수 있는 다양한 화학 기능기 중 아민은 대기 중 가장 높은 비율을 차지하는 질소(N₂) 대비 CO₂에 대한 선택적 친화도가 높다고 알려져 있다. 또한 수분이 공존하는 대기 환경에서 오히려 CO₂포집 성능이 향상되는 장점을 가지기 때문에 대기 중 저농도의 CO₂포집이 가능하다. 그러나 고밀도 아민 기능기를 지닌 알킬 아민은 부식성과 독성이 높고 휘발성이 커 현장 적용에 제약이 따른다. 또한, CO₂포집 후 점도가 크게 증가해 연속 공정이 어렵고, 이를 지지체에 결합해 사용하더라도 대부분 입상 형태로 제조되어 취급이 까다롭다. 따라서 포집 효율은 유지하면서도 구조적으로 안정적이며 다양한 공정에 적용 가능한 형태의 소재 개발이 필요하다.

본 연구에서는 폐의류에 다량 함유된 아크릴 섬유를 활용해 아민 기능기를 고밀도로 도입함으로써 경제적이고 지속 가능한 섬유형 CO₂포집 소재를 개발하였다. 개발된 섬유형 소재는 우수한 인장강도와 유연성을 기반으로 대면적화 및 다양한 형태의 성형이 가능해 실제 적용 가능성이 높으며, 섬유 단면의 직경을 조절하여 넓은 비표면적을 확보하는 동시에 충분한 강도를 유지할 수 있다. 이를 바탕으로 CO₂포집 소재의 실용화 가능성 및 지속 가능성 확보 대안을 제시하고자 한다.

키워드: 이산화탄소 포집, 탄소중립, 섬유형 소재, 아민 도입 기술

사사: This work was supported by an institutional program grant (2E33641) from the Korea Institute of Science and Technology (KIST).