알루미늄 포름산염은 구조가 오른쪽에서 강조된 금속-유기 구조로서, 건조된 연도 가스 조건으로부터 이산화탄소를 선택적으로 포집할 수 있으며, 잠재적으로 다른 탄소 여과 물질을 사용하는 비용의 극히 적은 비용으로 포집할 수 있다. (사진=NIST(National Institute of Standards and Technology))
과학자들이 석탄화력발전소에서 이산화탄소(CO2)를 포집하고 온실가스가 대기로 유입되는 것을 방지할 수 있는 재사용 가능한 물질을 발견하며 온실가스 저감에 새로운 전기를 맞았다.
미국 NIST(National Institute of Standards and Technology) 연구팀은 ALF로 알려진 포름산알루미늄 소재가 기존 탄소여과법의 단점이 없으며 풍부하게 발견되는 물질로 만들어졌다고 주장한다.
NIST 중성자연구센터의 화학자인 헤이든 에반스(Hayden Evans) 박사는 "이 작업을 흥미롭게 만드는 것은 ALF가 다른 고성능 이산화탄소 흡착제에 비해 성능은 정말 뛰어나지만 단순성, 전반적인 안정성 및 준비 용이성 측면에서 디자이너 화합물과 경쟁한다는 것"이라며 "쉽고 풍부하게 구할 수 있는 두 가지 물질로 이뤄졌기 때문에 매우 저렴한 비용으로 널리 사용할 수 있을 만큼 ALF를 만들 수 있다"고 설명했다.
연구팀에는 싱가포르 국립대학교, 싱가포르 과학기술연구청, 델라웨어대학교, 캘리포니아대학교 산타바바라의 과학자들이 포함돼 있다.
국제에너지기구(IEA)의 추정치에 따르면 석탄 연소가 지구 평균 표면온도 1℃ 상승 중 0.3℃ 이상의 원인이 된다. 이는 지구 온도 상승 요인 가장 큰 요인이다. 전 세계 많은 국가에서 풍력, 태양열과 같은 재생 가능한 에너지원으로의 전환에도 불구하고 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해 계속해서 석탄에 의존하기 때문이라고 연구진은 지적했다.
ALF 물질을 사용해 배출 가스에서 이산화탄소를 제거하면 이러한 발전소가 계속 가동되더라도 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다.
지금까지는 굴뚝으로 흐르는 가의 고열, 습도, 부식성으로 인해 굴뚝에서 직접 이산화탄소를 제거하는 것은 어려웠다. 또한 일반적으로 작동하는 재료는 너무 비싸서 경제성이 없고 덜 비싼 옵션은 특정 조건에서만 작동하는 단점이 있다.
반면 ALF는 시중에 풍부할 뿐만 아니라 쉽게 구할 수 있는 두 가지 화학물질인 수산화알루미늄과 포름산으로 만들어진다.
에반스 박사는 "1kg당 1달러도 안 들 것"이라며 "이는 비슷한 성능을 가진 다른 재로보다 최대 100배 저렴하다"고 강조했다.
현미경으로 보면 ALF는 수많은 작은 구멍이 있는 3차원 철망과 비슷하다. 이 구멍들은 이산화탄소 분자가 들어가 갇힐 수 있을 만큼 충분히 크지만 연소가스의 대부분을 차지하는 약간 더 큰 질소 분자를 제외하기에는 작다.
에반스 박사는 NCNR의 중성자 회정 연구는 이 물질에 있는 개별 공간들이 어떻게 이산화탄소를 모아 채우는지를 보여줬으며 가스 분자들이 장갑에 손을 넣은 것처럼 ALF 내 특정 공간에 들어맞는다는 것을 보여준다고 설명했다.
하지만 잠재력에도 불구하고 ALF는 즉시 사용할 준비가 돼 있지 않다. 엔지니어는 대규모로 ALF를 생성하는 프로세스를 설계해야 하고 동시에 석탄화력발전소는 배출 가스의 습도를 줄이기 위해 세척하기 전에 양립할 수 있는 과정을 마련해야 한다.
에반스 박사는 이러한 문제를 해결하기 방법에 대해 이미 많은 부분이 이해되고 있으며 ALF를 사용하는 비용을 금지하지 않을 것이라고 확신했다.
그는 비록 이것이 모든 탄소 포집 물질에 대한 문제이긴 하지만 나중에 이산화탄소를 어떻게 처리할 것인가에도 중요하다고 짚었다.
에반스 박사는 "요즘 포획된 모든 이산화탄소를 어떻게 처리해야 하는지에 대한 많은 연구가 진행되고 있다"며 "결국 태양에너지를 사용해 물에서 수소를 분리하고 그 수소와 이산화탄소를 결합해 더 많은 포름산을 만들 수 있을 것으로 보인다. ALF와 결합하면 그것은 지주를 도울 수 있는 해결책"이라고 역설했다.
