국내 연구팀이 수소를 상온에서 선택적으로 빠르게 분리할 수 있는 나노다공성 소재를 발견했다.

포스텍 홍석봉<사진> 연구팀은 PST-1(POSTECH number 1)으로 명명된 새로운 조성의 극미세공을 갖는 제올라이트 분자체를 합성하여 수소보다 약간 큰 이산화탄소 또는 아르곤 혼합가스의 분리 실험을 통해 PST-1이 수소를 상온에서 빠르게 분리할 수 있음을 발견했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 도약연구사업과 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환으로 포스텍(포항공대) '환경공학부/화학공학과' 홍석봉(洪錫鳳.48) 교수의 주도하에, 석박사 통합과정 2년차 신지호(申知呼.25)씨가 참여했고, 이 연구 결과는 화학분야에서 세계최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미 (Angewandte Chemie)'지에 7월 31일 자 온라인판에 화제의 논문(Hot paper)으로 게재됐다.

연구팀은 포타슘 양이온과 갈륨을 이용하여 지금까지 전혀 보고되지 않았던 새로운 조성의 PST-1 제올라이트를 합성해 가스 분리 특성을 연구한 결과, 아르곤이나 이산화탄소와 같은 크기가 큰 기체분자들은 흡착하지 않으나, 그 구조가 매우 유연하여 가장 작은 기체분자들, 특히 수소 기체만을 선택적으로 흡착하는 성질을 밝혀냈다.

이번 연구가 국제적으로 주목받게 된 배경에는 PST-1 제올라이트가  매우 낮은 온도(60℃)에서도 쉽게 물이 빠져나가며, 800℃ 이상의 고온에서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 세계 최초로 수소나 헬륨 같은 작은 기체분자들에 대한 선택적 분리소재로 적용될 가능성을 제시하였기 때문이다.

또한, PST-1 제올라이트는 대표적 온실가스인 이산화탄소의 보다 효율적인 분리에도 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 

홍 교수는 “현재 사용되고 있는 수소 분리 공정은 300℃ 이상의 고온을 필요 하거나 수소 외의 불순물을 제거하는 방식이기 때문에 PST-1 제올라이트의 합성으로 보다 경제적이며 선택적인 고순도 수소 제조 공정 개발이 가능할 것”라고 밝혔다.

한편, 홍 교수는 PST-1 제올라이트의 혁신적 분리 특성을 이용한 고순도 수소 제조와 이산화탄소 분리 공정의 개발이 환경과 에너지 분야의 핵심적인 기술이 될 것을 고려하여 현재 국제 특허를 준비 중에 있다.