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•  KAIST, 배터리 제조 공정 응용 고효율 직접공기포집 기술 향상

  송고일 : 2026-04-24
  
  

  (좌상단부터) 고동연_교수, 강주연 석사과정, 김준성 석박통합과정, 박인환 박사과정, 박인준 박사과정, 카롤리네 헤비쉬 박사, 김시은 박사과정, 이민형 박사과정. /KAIST 제공

  [투데이에너지 장재진 기자] KAIST 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 배터리 전극 제조에 쓰이는 무용매 건식 공정을 적용해 공기 중 이산화탄소를 직접 제거하는 직접공기포집(DAC) 기술의 효율을 대폭 향상시켰다고 24일 밝혔다.

  이번 기술은 글로벌 비영리단체 오픈에어(OpenAir)가 주최한 ‘2026 탄소 제거 챌린지’에서 최종 4팀(카네기멜론 포함 아님: KAIST, 미시간대, 러트거스대, 코넬-프린스턴-컬럼비아 연합팀)에 선정되며 국제적 인정을 받았다.

  연구진은 분말 형태의 흡착제를 용매 없이 직접 압착·필름화하는 건식 공정을 도입해 흡착제의 함량을 기존 대비 크게 끌어올렸다. 그 결과 구조형 흡착제의 탄소흡착제 비중을 최대 약 97 wt%까지 달성함으로써 단위 부피당 포집능이 크게 향상됐다. 이는 기존의 용매 기반 코팅·성형 공정에서 발생하던 비활성 지지체 증대와 성능 저하 문제를 해결한 점이 핵심이다.

  재생(탈착)과정에서도 혁신을 보였다. 연구팀은 전류를 통과시켜 내부에서 즉시 열을 발생시키는 전기 저항 가열(Joule heating)을 적용해 단 1분 내에 이산화탄소를 빠르게 방출하도록 시스템을 설계했다. 또한 전기차 배터리의 열관리 개념을 차용한 수냉 기반 냉각 모듈을 결합해 냉각 시간을 약 60% 단축, 전체 공정 사이클을 크게 단축시키는 성과를 확인했다. 이로써 공정 속도와 생산성이 모두 개선되어 상용 공정 적용 가능성이 한층 높아졌다.

  무용매 건식 공정을 통한 필름형 흡착제 제작 과정 / KAIST 제공

  전기 저항 가열 흡·탈착 공정 및 온도 변화 능력 /KAUST 제공

  수냉 공정 모듈 디자인 및 냉각 속도 능력 /KAIST 제공

  기술적 장점 외에도 본 공정은 롤 압착(캘린더링)과 적층 공정을 통해 연속생산이 가능하도록 설계돼 대규모 제조 확장성이 확보될 수 있다는 점이 강조된다. 연구팀은 5월 20일 미국 뉴욕에서 열리는 ‘Carbon Unbound 2026’에서 이번 성과를 국제 전문가·투자자들에게 공개할 예정이다. 향후 글로벌 협력을 통해 기술 상용화와 확산을 적극 추진하겠다는 계획도 밝혔다.

  본 연구는 DAC 기술의 장벽인 ‘흡착제 구조화 시 성능손실’과 ‘재생 단계의 에너지·시간 비용’을 동시에 개선한 점에서 의미가 크다.

  특히 배터리 산업의 제조 기술을 탈산업적 목적(탄소 제거)에 응용한 점은 기술 전이(technology transfer)의 성공적 사례로 볼 수 있다. 다만 상용화까지는 장비 투자비, 장기 내구성 검증, 실제 대기 조건에서의 지속적 성능 유지, 공정 당 비용(단위 포집비용) 산정 및 감축 필요성 등 해결할 실무 과제가 남아 있다. 향후 경제성 평가와 현장 파일럿 운영이 관건이다.

  ■ 용어설명

  ㆍ직접공기포집(Direct Air Capture, DAC)= 대기 중 이산화탄소를 직접 포집해 분리·저장 또는 활용하는 기술로, 탄소중립·넷제로 달성 수단 중 하나이다.

  ㆍ무용매 건식 공정(Dry fabrication)= 용매를 사용하지 않고 분말을 전단 혼합·압착해 필름 또는 구조형 소재를 만드는 제조 방식으로, 용매 처리와 관련된 에너지·배출 문제를 줄이고 흡착제 함량을 높일 수 있다.

  ㆍ전기 저항 가열(Joule heating)= 전류를 흘려 소재 내부에서 저항으로 인해 열을 발생시키는 방식으로, 내부에서 빠르게 가열이 가능해 외부 열전달 방식보다 가열 속도가 빠르다.

  ㆍ캘린더링(롤 압착): 롤러를 이용해 소재를 평탄하게 압착·성형하는 공정으로, 연속생산에 적합하다.

  ㆍ전도층(Conductive layer)= 전기 흐름을 원활하게 해 Joule heating 등 전기화 공정에서 열 발생을 균일하게 하는 층.

  ㆍ수냉(수냉 기반 열관리)= 액체(물)를 이용해 열을 제거하는 방식으로, 배터리 열관리에서 사용되는 개념을 공정 냉각에 적용해 냉각시간을 줄인다.

  ㆍ재생(탈착) 단계= 흡착된 이산화탄소를 흡착체로부터 분리해 회수하는 공정 단계. 에너지 효율과 시간 성능이 중요하다.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)