철근이나 시멘트와 같은 건설 재료는 비용과 이산화탄소(CO2) 배출량 모두에서 비용이 높아 건축물 건설에서 발생하는 탄소 배출량의 약 40%를 차지한다.
이에 기존 재료에 대한 지속 가능한 대안을 개발하면 기후변화를 완화하고 이산화탄소 배출량을 줄이는데 큰 도움이 될 수 있을 것이라고 최근 관련 업계는 보고 있다.
두 가지 문제를 한 번에 해결하기 위해 미국의 라이스대학교 연구진은 이산화탄소를 포집하는 결정질 다공성 물질의 분자를 묵재에 통합하는 방법을 찾아냈다.
무함마드 라만(Muhammad Rahman) 재료과학 및 나노 공학 조교수는 "나무는 우리가 이미 광범위하게 사용하는 지속 가능하고 재생 가능한 구조 재료다"며 "엔지니어링 목재는 처리되지 않은 일반 목재보다 더 큰 강도를 보였다"고 말했다.
이같은 업적을 달성하기 위해 나무에 힘을 주는 셀룰로오스 섬유망은 탈염이라고 알려진 과정을 통해 먼저 제거된다.
라만 교수는 "목재는 셀룰로오스, 헤미셀룰로스, 리그닌 세 가지 필수 성분으로 구성돼 있다"며 "리그닌은 나무에 색을 부여하기 때문에 리그닌을 재거하면 나무는 무색이 된다. 리그닌을 제거하는 것은 환경적으로 양성인 물질을 사용하는 2단계 화학 처리를 포함하는 상당히 간단한 과정이다. 리그닌을 제거한 뒤 표백제나 과산화수로를 이용해 헤미셀룰로오스를 제거한다"고 설명했다.
다음으로 탈골된 목재를 캘거리 프레임워크 20(CALF-20)으로 알려진 금속-유기 프레임워크 또는 MOF의 마이크로 입자가 포함된 용액에 담근다. MOF는 표면적이 넓은 접착제로 이산화탄소 분자를 기공으로 흡착하는 능력을 위해 사용된다.
'Cell Reports Physical Science'의 연구 주요 저자인 수미아브라타 로이(Soumyabrata Roy)는 "MOF 입자는 셀룰로오스 채널에 쉽게 들어맞고 유리한 표면 상호작용을 통해 부착된다"고 말했다.
MOF는 인위적인 기후변화를 해결하기 위해 개발된 몇 가지 초기 탄소 포획기술 중 하나다.
로이는 "기존 MOF 중 상당수는 다양한 환경 조건에서 매우 안정적이지 않다"며 "어떤 것들은 습기에 매우 민감한데 당신은 그것을 구조적인 재료로 원하지 않는다"고 짚었다.
그러면서 로이는 조지 시미즈 캘거리대학 교수와 그의 협력자들이 개발한 CALF-20은 다양한 환경 조건에서 성능 수준과 다재다능성 측면에서 모두 돋보인다고 평가했다.
로이는 "금속이나 시멘트와 같은 재료의 제조는 산업 탄소 배추의 중요한 요인이다"며 "우리의 공정은 사용되는 물질과 부산물을 처리하는 측면에서 더 단순하고 '친환경적'이다"고 강조했다.
이어 “다음 단계는 이 물질의 확장성과 상업적 실행 가능성을 이해하기 위한 경제적 분석뿐만 아니라 격리 프로세스를 결정하는 것”이라고 덧붙였다.
이번 연구는 셸 테크놀로지스와 UES-공군연구소가 지원했다.
[데일리e뉴스= 김병호 기자]
