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가스 속 질소 빼내는 효율 ↑ 정제 비용 ↓

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가스 속 질소 빼내는 효율 ↑ 정제 비용 ↓

2017.01.10 14:00
셰일가스 시추 장비의 모습. 셰일가스를 포함한 각종 천연가스에 포함된 질소는 가스의 효율을 낮춘다. 국내 연구진이 질소 흡착 효율을 높인 새로운 흡착제를 개발했다. - Pixabay 제공
셰일가스 시추 장비의 모습. 셰일가스를 포함한 각종 천연가스에 포함된 질소는 가스의 효율을 낮춘다. 국내 연구진이 질소 흡착 효율을 높인 새로운 흡착제를 개발했다. - Pixabay 제공

※ 1분 요약
1. 질소는 생태계에 꼭 필요하지만 가스 속에 있을 땐 일종의 불순물로 작용한다. 연소 과정에서 환경오염 물질인 질소산화물을 배출하고, 가스의 열량을 낮추기 때문.
2. 국내 연구진이 가스 속에서 질소만 선택적으로 골라낼 수 있는 흡착제를 개발했다.
3. 기존 흡착제보다 27% 성능이 향상됐으며 상온에서도 흡착이 가능해 향후 정제 과정의 비용을 줄일 것으로 기대된다.


국내 연구진이 셰일가스나 공기 등에 포함된 질소를 선택적으로 골라낼 수 있는 흡착제를 개발했다. 상온에서도 작업이 가능해 천연가스 등 연료 정제 과정의 비용이 대폭 줄어들 전망이다.

 

장종산 한국화학연구원 CCP융합연구단 올레핀 분리팀장은 기존 기술보다 질소 흡착량이 29% 증가한 흡착제를 개발했다고 10일 밝혔다.

 

공기나 가스에는 여러 종류의 기체가 섞여 있다. 이 중 질소는 생태계 순환 과정에 필수적인 물질이지만 가스 속에 있을 땐 일종의 불순물로 작용한다. 가스가 연소되는 과정에서 질소가 질소산화물 형태로 바뀌며 환경오염을 일으키는 상태가 되기 때문이다. 또 질소 함량이 높으면 메탄이 높은 열량을 유지할 수 없어 가스의 효율이 떨어진다.

 

이런 문제를 해결하기 위해 각종 흡착제가 개발됐지만, 영하 161도 이하의 초저온에서 공정을 진행해야 해 비용이 많이 들거나 효율이 낮다는 등의 한계가 있었다.

 

연구진은 크롬이온과 유기물질로 구성된 물질에 나노 크기의 구멍을 뚫은 형태의 흡착제를 개발했다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 크롬이온의 분자궤도와 질소의 분자궤도가 겹지는 지점을 규명했고, 실제로 이 지점에서 결합이 강화됨을 확인했다.

 

연구진이 개발한 물질은 1기압 10도의 온도에서 1g당 1.64mmol(몰)의 질소를 흡착할 수 있다. 기존 흡착제에 비해 흡착률을 29% 가량 높인 것이다.

 

장 팀장은 “미래형 질소 흡착소재 개발을 통해 냉각 에너지 절감은 물론 에너지 효율 향상에도 기여할 수 있을 것”이라며 “향후 조선업이나 가스 업계의 매출 향상에 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

이 연구성과는 세계적 학술지 ‘네이처 머터리얼스(Nature Materials)’ 지난해 12월 19일자 온라인 판에 실렸다.

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