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대기 중 이산화탄소를 효율적으로 포집하는 새로운 방법 개발

 (helsinki.fi)
1P by GN⁺ 6일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 헬싱키대학교 화학과 연구진이 초염기(superbase)-알코올 화합물을 이용한 새로운 이산화탄소 포집 기술을 개발
  • 이 화합물 1g은 156mg의 CO₂를 직접 흡수하며, 질소·산소 등 다른 대기 성분과는 반응하지 않음
  • 포집된 CO₂는 70°C에서 30분 가열만으로 방출되어 재활용 가능하며, 기존 기술의 900°C 이상 열처리보다 에너지 효율이 높음
  • 화합물은 무독성·저비용이며, 50회 재사용 후에도 75%의 성능을 유지, 100회 후에는 50% 유지
  • 연구진은 이 화합물을 실증 규모의 파일럿 플랜트에서 테스트할 예정으로, 실리카나 그래핀 산화물과 결합한 고체형 버전 개발을 추진 중

새로운 이산화탄소 포집 화합물의 개발

  • 헬싱키대학교 화학과에서 대기 중 이산화탄소를 직접 포집하는 새로운 화합물을 개발
    • 화합물은 초염기(superbase) 와 알코올의 결합체로 구성
    • 1g의 화합물이 156mg의 CO₂를 흡수하며, 질소·산소 등 다른 대기 가스와는 반응하지 않음
  • 기존 포집 기술보다 흡수 용량이 우수하며, 비처리 공기(untreated ambient air) 에서도 효과적

CO₂ 방출 및 재활용 효율

  • 포집된 CO₂는 70°C에서 30분 가열로 쉽게 방출 가능
    • 방출된 CO₂는 순수 형태로 회수되어 재활용 가능
    • 기존 화합물은 900°C 이상의 고온이 필요했으나, 이번 화합물은 저온에서 재생 가능
  • 화합물은 반복 사용 가능하며, 50회 사용 후 75% , 100회 후 50% 의 흡수 능력을 유지

화합물의 구성과 특성

  • 연구진은 다양한 염기를 실험해 가장 적합한 조합을 탐색
    • 최종적으로 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene (TBN) 을 벤질알코올과 결합해 최적의 화합물을 도출
  • 화합물은 무독성이며, 구성 성분 모두 저비용 생산 가능
  • 실험은 약 1년 이상 진행되어 최적의 조합을 도출

산업 규모 적용 계획

  • 연구진은 화합물을 그램 단위 실험에서 산업 규모 파일럿 플랜트로 확장할 계획
    • 이를 위해 액체 화합물을 고체 형태로 변환해야 함
    • 실리카(silica) 나 그래핀 산화물(graphene oxide) 에 결합시켜 CO₂와의 상호작용을 강화할 예정

연구의 의의

  • 이번 기술은 저온·저비용·무독성의 특성을 갖춘 지속 가능한 탄소 포집 솔루션으로 평가
  • 향후 산업적 응용 가능성을 검증하기 위한 실증 실험이 진행될 예정
  • 연구는 Zahra Eshaghi Gorji 박사후연구원이 주도했으며, 헬싱키대학교의 혁신 연구 성과로 발표됨
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GN⁺ 6일전  [-]
Hacker News 의견들

  • 예전에 썼던 댓글을 다시 가져와서 요약하자면, 공기 중에서 CO2를 분리하는 게 어려운 이유는 그 농도가 너무 낮기 때문임
    대략적으로 공기는 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 0.9%, CO2는 0.04% 정도로, 사실상 반올림 오차 수준임
    그래서 “애초에 배출하지 않거나, 배출 지점에서 바로 포집하자”는 접근이 훨씬 현실적임

    • 나도 늘 공기에서 CO2를 효율적으로 “케이크에서 재료를 다시 분리하듯” 빼내는 걸 상상하기 어려웠음
      대기 전체에 희박하게 퍼져 있는데, 인간의 시간 척도에서 의미 있는 농도 구배를 만드는 게 가능할지 의문임
    • 하지만 공장 굴뚝처럼 CO2 농도가 높은 곳에서는 이런 기술이 쓸모 있을 수도 있음
    • 근본적으로는 CO2를 만들지 않는 게 없애는 것보다 훨씬 효율적임
      비행기처럼 예외적인 경우를 빼면, 태양광·풍력·배터리·단열재·히트펌프 등에 에너지를 쓰는 게 훨씬 낫다고 생각함
    • 그런데 혹시 인지 저하의 원인이 CO2 자체인지, 아니면 산소 부족이 진짜 원인인지도 궁금함
    • 그래도 식물은 잘만 처리하잖음

  • 이 분야 연구 자체는 흥미롭고 응용 가능성도 많겠지만, 전 지구적 CO2 제거는 현실적으로 불가능한 규모임
    결국 해결책은 “애초에 덜 배출하는 것”뿐임
    정치적 의지가 부족한데, 거대한 포집·격리 시스템을 구축할 의지가 생길 리도 없다고 봄

    • 정치적 의지가 필요하다는 점엔 동의하지만, 시스템을 만들고 가동하는 건 꼭 정치적 합의가 없어도 가능하다고 생각함
      “우리가”라는 주체가 협력해야 하는 부분이 결국 정치적 의지를 요구하는 게 아닌가 하는 의문도 있음
    • 그래도 포집된 탄소를 Fischer–Tropsch 공정으로 화학 원료나 합성연료로 전환하면 경제성이 생길 수도 있음
      에너지 효율보다 부피 효율이 문제인데, 현재는 흡착제가 kg당 수십 g의 CO2만 잡음
      이런 소재가 개선되면 산업적 응용이 가능할 것임
      참고로 cottongrass 같은 식물은 툰드라에서도 자라서 탄소 포집과 바이오소재 생산을 동시에 할 수 있음
    • CO2가 많이 나오는 발전소나 시멘트 공장 배출구에서 집중 포집하는 것도 한 방법임
    • 배터리 저장이 어려운 분야에서는 공기에서 연료를 뽑아내는 방식이 유용할 수도 있음
      전력 단가가 낮을 때는 오히려 경제적일 수 있고, 화석연료 채굴을 대체하면 순배출 제로에 가까워질 수 있음
    • 지금은 필요 없어 보여도, 순배출 제로 이후에도 대기 중 CO2는 여전히 많을 것이므로 지금부터 연구를 시작해야 함

  • 현재 배출 속도로 보면 20년 안에 가정용 CO2 스크러버가 필요해질 수도 있음
    지금은 소다라임(Ca(OH)₂) 이 표준인데, 1g당 250mg 정도의 CO2를 흡수함
    새 기술의 장점은 가열로 재사용 가능하다는 점으로, 실내 공기 정화에 유용할 수 있음

    • CO2 농도가 높으면 인지 기능 저하가 생김
      실내가 2000~3000ppm까지 오르는 경우가 흔하고, 700~1000ppm부터 집중력 저하가 시작됨
      열교환 환기장치가 도움이 됨
    • 새 물질의 장점은 액체 형태라는 점임
      기존 연구용 흡수제도 가역적이지만, 에너지 소모가 크다는 게 문제임
    • 160°F(약 70°C)에서 작동하고 무독성이면 가정용으로도 가능성이 있음
      학교 공기질 개선에도 효과가 있을 듯함
      다만 포집 후 처리가 핵심 과제임
    • 그 “20년” 추정치의 근거가 궁금함
    • 이런 기술로 시멘트 생산에 활용할 수 있을지도 흥미로움

  • 지금으로선 생물기원 탄소 저장소가 가장 효율적인 격리 방법임
    바이오차 습식 저장소나 탄소 블록 건식 저장소가 유망함
    이런 방식은 저에너지·모듈형이라 DAC보다 현실적이며, 탄소 화폐 시스템의 기반이 될 수도 있음

  • 직접 공기 포집(DAC)은 스케일링 한계 때문에 경제성이 없음
    배출원 근처 포집이 더 현실적이지만, 보조금 없이는 불가능함
    IRA 법안 기준으로는 톤당 약 50달러 수준임

    • 근본적으로는 배출원을 없애는 게 포집보다 낫지만, 결국 공기 중 포집도 필요함
    • DAC은 지속 불가능하므로, 해양 바이오매스 CCS 같은 대안이 더 낫다고 봄
      예를 들어 해조류나 식물플랑크톤을 대규모로 수확해 격리하는 방식임
    • 그래도 산업혁명 이후 누적된 CO2를 제거하지 않으면 기온을 되돌릴 수 없음
      우리가 빚을 진 셈이고, 그 상환은 거의 상상하기 어려운 규모의 에너지를 요구함
      50년 안에 해결될 가능성은 낮다고 봄
    • CO2를 어디에 저장할지도 문제임
      Lake Nyos 재해처럼 누출 시 대규모 인명 피해가 날 수 있음
      차라리 핵폐기물 옆에 사는 게 낫다는 생각이 들 정도임

  • 기사 제목은 “상대적으로 효율적인 CO2 포집법”이 더 정확함
    절대적 효율이 아니라 기존 용매 대비 개선된 수준임

    • 예전에 학생들에게 CO2 제거 설계 과제를 냈는데, 이론 효율이 높아진 이유가 대기 중 CO2 농도 상승 때문이었음
    • “이론적 효율에 가까워짐”과 “경제적으로 실현 가능함”은 전혀 다른 이야기임

  • 결국 경제성이 모든 걸 결정함
    나무를 심는 게 더 싸고, 목재 수익까지 고려하면 이 방식은 비효율적일 수 있음

    • 하지만 전 세계에 충분히 나무를 심는 건 불가능함
      숲은 죽으면 다시 CO2를 내뿜기 때문에 영구 저장이 필요함
      관련 기사: The Guardian – Africa forests transformed from carbon sink to carbon source
    • 경제보다 물리 법칙이 우선임
      대기 중 CO2를 1980년 수준으로 낮추려면 산맥 규모의 물질을 옮겨야 함
      트럭 수백만 대가 필요하고, 결국 에너지 투입이 막대함
      나무를 심더라도 결국 누군가 그걸 베어 쓸 것이므로, 에너지적으로 불리한 형태로 묻어야 함
    • 설령 배출을 완전히 멈춰도 이미 쌓인 CO2를 제거해야 함
      대규모 조림은 토지와 인프라 이동, 유지보수 등으로 부수적 배출이 커서 효율이 떨어짐
      결국 CO2 포집이나 태양 차폐 기술이 병행되어야 함
    • 식물은 효율이 낮지만 CO2를 안정된 형태로 포장한다는 장점이 있음
      가스 상태로 포집하면 장기 저장이 어렵고, 인공 늪지 같은 방식이 대안이 될 수도 있음
    • 나무는 수십 년이 걸리므로, 단기적 기후 대응에는 효과가 없음

  • 바다가 최고의 탄소 포집 장치임
    최근 10년간 sargassum 해조류가 폭증했는데, CO2 증가가 원인일 가능성이 있음
    이를 수거해 사막이나 불모지에 매립하면 토양 비옥화와 탄소 고정을 동시에 달성할 수 있음

    • 2025년 기준 수치와 원인은 USF 보고서와 ABC News 기사에 정리되어 있음
      가뭄 후 인산염 유입이 폭증하면서 해조류 번식이 늘었다는 분석임
    • 하지만 해조류를 수거하려면 화석연료 사용이 불가피해, 순탄소 마이너스가 될 수 있을지 의문임
      대부분의 대규모 격리 아이디어가 결국 영구기관 같은 환상으로 끝남
    • 바다의 알칼리도 증진도 한 방법이지만, 해양 산성화와 서식지 파괴를 초래함
      관련 자료: Ocean Visions – Ocean Alkalinity Enhancement
    • 해조류를 육지로 옮긴다고 해서 더 많은 CO2를 흡수할 이유는 없어 보임

  • 기사에서 언급된 실제 연구는 ACS 논문에 있음
    핵심 물질은 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene이라는 슈퍼베이스임
    물 기반 아민 용액도 200°C 이하에서 재생 가능하지만, 언론이 과장 마케팅을 한 듯함

    • “애니메이션 기반 기술”이라길래 일본 연구인 줄 알았다는 농담을 덧붙임

  • 기사에서는 에너지 비용을 언급하지 않음
    이 액체는 100회 이하 재사용이 가능하고, CO2를 방출하려면 70°C로 가열해야 함
    결국 포집·가열·처리 모두 에너지 소모가 큼
    1g의 CO2를 포집하는 데 1g 이상의 CO2를 배출한다면 의미가 없음
    제로 탄소 에너지가 매우 싸지기 전에는 대규모 적용은 어렵다고 봄

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