[Nature]COF-999 CO2 포집 신물질 합성

개요

Direct Air Capture(DAC)라고 불리는 공기 중 이산화탄소 포집 후 저장하는 기술은 지구 온난화를 해결하는데 필수적인 기술이다. 화성 가고자 하는 일론머스크조차 탄소제거하기 위해 상금을 1억 달러나 걸 정도로 중요하다. 이미 산업혁명 이전보다 50%나 상승한 425ppm 수준의 이산화탄소 농도는 섭씨 1.5도 저지선 목표를 이미 아슬아슬한 상태이다. 앞서 말한 DAC기술로 상승된 이산화 탄소를 포집해 줄여야만 목표를 달성할 수 있고 이번에 Nature에서 10월23일 발표된 논문에서 신물질이 나왔다. 그것에 대한 성능을 알아보자.

A vial of COF-999, which is yellow, with UC Berkeley's landmark campanile in the background @Zihui Zhou, UC Berkeley

UC버클리의 연구진들은 COF-999라는 물질을 튜브에 분말 형태로 공기를 통과시켜보니 이산화탄소가 완전히 제거되었다며 놀라웠다 표현했다. 과연 어느 정도길래 전무했던 성능이었을까? 

건조한 환경에서 400ppm농도의 이산화탄소 기준 COF-999 1g당 0.96mmol의 이산화 탄소 포집, 50% 습도의 환경에서는 2.05 mmol의 이산화탄소를 포집했다. 이 정도는 200g 정도의 양으로 1년의 나무 한그루가 흡수하는 양인 20kg 정도다라고 이야기 했다. 저자의 예측상 완전한 개발했을 때면 대기 중 이산화탄소 농도는 500~550ppm으로 예상하는데 400ppm 및 이하를 유지하려면 이 기술이 필수적이다. 라며 언급했다.

 

Fig. 3: Thermodynamic and kinetic gas sorption studies of COF-999.

물론 1990년대 개발되어 건조 상태에서도 흡착, 가열후 탈착하는 MOF도 있지만 지속성 문제로 여러 번 사용하면 분해가 되는 문제가 있었다. 이 분해되는 문제를 파악하여 이번 물질을 설계 제작을 하였다. 위의 그래프 (i)에서 여러 번 흡착, 탈착의 작업을 해도 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있다. 용량 손상 없이 100번의 사이클이 가능하다고 한다. 또한 60도의 적은 가열로도 충분한 이산화탄소를 탈착 할 수 있다.

저자는 인공지능을 통해 COF나MOF를 더 좋은 포집 성능이나 다른 목적을 위해 설계 속도 향상에 도움 될 것으로 보고 있어 빠르게 상용화가 되어 이번 노벨상의 알파폴드와 같은 게임체인저가 되었으면 한다.