금속–유기 골격체(MOFs) 내부 구조를 레이저로 정밀하게 제어해 이산화탄소 흡착 성능을 최대 75%까지 향상시키는 기술이 개발됐다. 이번 연구 개발은 한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진) 융·복합재료연구본부 이희정 박사 연구팀과 경북대학교 박성환 교수, 영남대학교 김민규 교수 연구팀과 공동으로 진행했다.
이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4)처럼 서로 섞여 있는 기체를 골라내는 기술은 천연가스를 깨끗하게 정제하거나 에너지 효율을 높이는 데 필수적이다. 기존의 액체 흡수 공정(액체에 기체를 녹여 분리하는 방식)이나 극저온 분리 방식(기체를 매우 낮은 온도로 냉각해 분리하는 방식)은 에너지 소비가 크고 운영 비용이 높다는 문제가 있었다.
이에 연구팀은 레이저를 이용해 MOFs 내부 결함과 기공 구조를 정밀하게 제어하는 ‘레이저 유도 후처리 기술(LIPE, Laser-Induced Porosity Engineering)’을 개발했다. 이 기술은 소재를 순간적으로 가열한 뒤 빠르게 냉각시키는 과정을 통해 결함 구조를 재조직하고, 불균일한 기공을 효과적으로 개선하는 방식이다.
이번 연구는 이미 존재하는 결함을 레이저로 재조직해 성능을 향상시킨다는 점에서 차별성을 가진다. 이를 통해 추가적인 화학 공정 없이도 기공 구조를 정밀하게 제어하고 이산화탄소 흡착량과 선택도를 동시에 향상시킬 수 있다. 실제로 본 기술을 적용한 MOFs는 비표면적이 최대 94%, 이산화탄소 흡착량이 최대 75% 향상되는 성과를 보였다.
특히 본 기술은 저가 원료로 제조된 MOFs의 성능을 레이저 후처리만으로 향상시킬 수 있어 소재 제조 비용 절감과 공정 단순화를 동시에 실현할 수 있다.
연구책임자인 KIMS 이희정 선임연구원과 경북대 박성환 교수는 "본 기술은 저에너지·대면적 공정이 가능해 탄소포집 및 가스분리 산업에 적용될 차세대 핵심 기술로 기대된다."라고 말했다.
