성균관대 이태훈 교수팀, 저탄소 원유 정제 위한 고성능 분리막 개발

성균관대학교 미래에너지공학과 이태훈 교수 연구팀은 미국 MIT 연구진과 함께 기존 원유 정제 공정을 대체할 수 있는 고성능 초미세다공성(Ultramicroporous) 분리막을 개발했고 국제학술지 Science에 게재됐다고 23일 밝혔다.

현재 원유 정제는 주로 열 증류 방식에 의존하며, 이는 전 세계 에너지 소비의 약 1%, CO2 배출의 약 6%를 차지할 만큼 에너지 집약적이다.

이를 개선하기 위해 미세다공성 고분자(Polymers of Intrinsic Microporosity, PIMs) 기반 분리막 적용이 시도되어 왔으나 비싼 가격, 낮은 선택성과 유기용매에 의한 팽윤(swelling), 가소화(plasticization) 문제로 상용화에는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 극복하기 위해 기존 상용 역삼투 분리막의 아마이드 결합 대신 팽윤에 강하고 비극성인 이민(imine) 결합을 적용해 구조적 강성과 높은 초미세다공성을 동시에 확보했다.

또한, 트립티센(triptycene) 및 스피로바이플루오렌(Spirobifluorene) 유닛을 도입해 팽윤 및 가소화 안정성과 분자 선택성을 더욱 크게 향상시켰다. 특히 산업적으로 검증된 계면중합 공정을 활용, 대규모 생산이 가능한 점도 주목할 만하다.

이번 분리막은 분자 크기에 따라 연료 성분을 선택적으로 분리할 수 있어 기존 열 증류 방식 대비 에너지 소비를 최대 수십 퍼센트까지 절감할 수 있는 잠재력을 입증하였다. 이는 상용 분리막으로 이뤄질 수 없던 결과이다.

제1저자로 참여한 성균관대 이태훈 교수는 “본 연구에서 개발한 초미세다공성 이민 기반 분리막은 기존 열분리 공정을 대체함으로써 원유 분별에 소요되는 에너지를 최대 수십 퍼센트까지 절감할 수 있는 혁신적 가능성을 보여준다”며 “산업적 제조공정과 호환되는 계면중합법을 이용하여 대규모 생산이 가능하며, 탄소 배출 저감과 석유화학 산업의 탈탄소화에 기여할 것으로 기대될 뿐 아니라 미래의 친환경 연료 생산 및 정유 공정의 패러다임을 변화시킬 것”이라고 밝혔다.