▲ 장종산 화학연 박사.

국내 연구진이 친환경적인 차세대 냉난방기 개발의 핵심 물질로 기존 상업용 소재 대비 에너지효율을 최대 12% 이상 향상시킬 수 있는 수분 흡착용 다공성 소재를 개발했다.

한국화학연구원(원장 이규호) 장종산 박사 연구팀은 프랑스 CNRS 연구팀 등과 공동으로 알루미늄 이온과 유기산 화합물 원료를 결합해 벌집 모양 구조의 나노세공소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

이 물질은 차세대 냉-난방 시스템에 쓰일 수 있으며, 기존 상업용 수분흡착제 물질보다 효율을 최대 12% 이상 높여 에너지를 절감할 수 있다.

기존 전기 에어컨은 프레온 가스, HFC 등 불소계 냉매를 사용해 오존층 파괴 및 지구 온난화 문제를 유발시킨다는 지적이 있어, 최근 자연냉매인 물을 사용하는 친환경 냉난방기에 대한 수요가 늘어나고 있다.

현재 상용화되고 있는 흡수식 냉-난방장치는 소형화가 어려워 가정용으로 적용하기 어렵고 부식성 및 장기간 사용 시 에너지 효율 감소 등의 문제가 있어서 흡착식 냉-난방장치의 도입과 관련 기술 개발의 필요성이 커지고 있다.

이번 성과는 흡착식 냉-난방 시스템에 쓰이는 흡착제로 활용될 수 있다.

물을 활용한 환경친화적 흡착식 냉/난방 시스템에는 수분을 빨아들이고 다시 뱉어내는 흡착제 물질의 성능이 중요한데, 금번 개발한 물질은 수분 흡착 용량을 향상시켰으며 수분을 다시 탈착시키는 데 필요한 에너지를 줄였다.

이번 개발된 소재를 흡착식 냉/난방 시스템에 적용하면 수분의 탈착이 85도씨 이하에서도 일어날 수 있어, 기존 물질을 사용할 때보다 에너지를 절감하고 CO₂ 발생을 줄일 수 있다. 또한 태양열 또는 중저온 폐열을 사용할 수 있어 환경친화적이다.

새로운 소재는 알루미늄 이온과 바이오매스(식물자원)에서 유래된 화합물로부터 손쉽게 만들어질 수 있으며, 합성 과정에서 물질의 구조와 표면의 수분친화력을 조절하여 저온에서도 탈착이 잘 일어날 수 있도록 하였다.

장종산 화학연 박사는 “향후 미래형 친환경 냉-난방 산업의 핵심 화학소재 개발을 통해 관련 산업발전과 환경오염 저감에 기여할 것으로 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 글로벌프론티어사업의 ‘하이브리드 인터페이스 기반 미래소재연구단’(단장 김광호) 과제와 EU-Framework 국제공동 협력연구의 일환으로 한국화학연구원(원장 이규호) 장종산 박사(성균관대학교 화학과 교수 겸직)가 주도하고 이지선 박사과정 연구원이 공동 제1저자로 참여하여 재료과학분야의 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF=17.493)’紙 최신호 (2015년 8월26일) 내부표지(Inside Back Cover) 논문으로 게재됐고 지난 5월에는 해당 기술이 한국특허로 출원된 바 있다.

▲ MIL-160으로 명명된 알루미늄 퓨란디카르복실레이트의 세공구조(왼쪽)와 5 Å 직경의 세공 내 주요 수분 흡착자리로서 전산모사에 의해 예측된 물분자와 상호작용하고 있는 가교된 Al-OH-Al 그룹의 모식도(오른쪽).