충남대 이영석 교수팀, 저온·고효율 활성탄소 제조 기술 개발

(대전=뉴스1) 박찬수 기자 = 충남대학교 이영석 교수 연구팀이 바이오차의 이산화탄소(CO₂) 물리적 활성화 온도를 낮추면서 기공 발달을 크게 향상시키는 활성탄소 제조 기술을 개발했다. 바이오차(Biochar)는 바이오매스를 숯처럼 저산소 환경에서 탄화해 만든 물질이다.

충남대 공과대학 응용화학공학과 이영석 교수 연구팀은 불소화-탈불소화 반응을 활용해 저온에서 고효율로 활성탄소를 제조하는 새로운 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구 결과는 국제 학술지 'Bioresource Technology'(JCR 상위 2.3%, IF 8.2)에 지난달 30일 온라인 게재됐다. 임채훈 응용화학공학과 박사가 제1저자, 이영석 교수가 교신저자로 참여했다.

연구팀은 코코넛 껍질 유래 바이오차를 상온에서 불소화한 뒤 CO₂로 활성화했다.

이 과정에서 탄소-불소 결합의 열분해로 생성된 불소 라디칼이 CO₂ 분해와 탄소 가스화 반응을 촉진해 기존 바이오차보다 낮은 온도에서도 기공이 효과적으로 발달하는 원리를 규명했다.

연구 결과 불소화 전처리 바이오차는 600도에서도 기공 발달을 보였다. 750도에서 제조한 최적 활성탄소는 1027㎡/g의 비표면적을 기록해 동일 조건의 미처리 바이오차보다 2.06배 높았다. 메조기공 비율도 58%에 달했다.

메조기공은 일반적으로 지름이 2~50nm인 기공으로, 물질의 표면적을 넓혀 기체나 액체를 흡착하는 데 활용된다.

제조된 활성탄소는 CO₂ 흡착과 에너지 저장 분야에서도 성능이 향상됐다. CO₂ 흡착량은 기존 활성탄소보다 1.48배 증가했으며, 슈퍼커패시터 응용에서는 0.5A/g에서 비정전용량이 기존 활성탄소보다 1.93배 향상됐다.

슈퍼커패시터는 배터리보다 빠르게 충전·방전할 수 있는 에너지 저장장치로, 전기차와 에너지저장장치(ESS) 등의 보조 전원이나 전자기기에 활용된다.

연구팀은 개발한 활성탄소가 전기차(EV), 재생에너지 저장장치(ESS), 스마트 전자기기용 슈퍼커패시터 등의 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 고성능 필터와 가스 마스크 등 다양한 표면 제어 소재 산업에도 활용 가능할 것으로 전망했다.

이영석 교수는 "이번 연구는 불소화-탈불소화 반응을 이용해 기존 CO₂ 물리적 활성화의 고온 공정 한계를 낮추고 기공 구조와 표면 기능성을 동시에 제어할 수 있음을 보여줬다"며 "바이오매스 기반 활성탄소의 저온·고효율 제조와 CO₂ 포집 및 에너지 저장 소재로의 활용 가능성을 넓혔다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

pcs4200@news1.kr