COF-999: 나무 한 그루 대신 단 200g으로 가능한 이산화탄소 포집 혁신

기후 위기와 탄소 포집의 필요성

기후 변화 대응의 핵심은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 얼마나 효과적으로 줄이느냐입니다. 나무 한 그루가 1년 동안 흡수하는 CO₂ 양을 단 200g의 혁신 소재로 대체할 수 있다면 어떨까요? 최근 UC 버클리 오마르 야기(Omar Yaghi) 교수 연구팀이 개발한 COF-999는 바로 그 가능성을 제시합니다.

COF-999란 무엇인가?

• COF (Covalent Organic Framework): 공유 결합으로 이루어진 유기 다공성 소재
• COF-999: 네이처(Nature) 학술지(2024)에 발표된 최신 합성 소재로, 대기 중 400ppm CO₂를 선택적으로 흡착
• 기존 금속-유기 골격체(MOF), 제올라이트 기반 흡착제 대비 내구성·속도·선택성에서 강점

핵심 연구 결과

Micromeritics사의 첨단 장비로 분석한 결과는 다음과 같습니다.

1️⃣ 3Flex 등온선 측정

• 3Flex는 정밀한 가스 흡착 분석 장비로, 소재의 표면적, 기공 구조, 흡착 특성을 평가하는 데 널리 사용됩니다. 본 연구에서는 정적 체적법을 기반으로 25℃에서 COF-999의 이산화탄소 흡착 등온선을 측정하는 데 활용되었습니다. 3Flex를 이용하여 대기 중 CO₂ 농도 수준인 약 400 ppm 조건에서 흡착 성능을 평가하고, 질소(N₂), 산소(O₂) 등 다른 기체와 비교함으로써 COF-999의 선택적 CO₂ 포집 능력을 검증하는 데 중요한 역할을 했습니다.
• 25℃, 0.4mbar (400ppm CO₂ 조건)에서 0.91 mmol/g 흡착 용량 기록
• 질소(N₂), 산소(O₂) 등 다른 기체는 거의 흡착하지 않음 → 높은 선택성

2️⃣ BTA(BreakThrough Analyzer) 동적 흡착 실험

• BTA (Breakthrough Analyzer)는 실제 공정 조건을 모사한 환경에서 소재의 파과곡선을 측정함으로써 흡착 성능을 정밀하게 평가할 수 있는 자동화된 고정밀 분석 장비입니다. 습도 조절, 다양한 기체 혼합, 장시간 사이클링 등 다양한 조건을 조절하여 원하는 환경에서의 성능을 평가할 수 있습니다. 본 연구에서는 상대습도 변화(0~75%)와 고농도 CO₂ 환경(4~15%)에서 COF-999의 흡착 특성을 평가하였으며, 이에 더 나아가 실제 대기를 채취한 공기를 이용해 한 배치의 COF-999를 20일간 반복 사용하며 효율과 내구성을 검증하는 데에도 활용되었습니다.
• 상대습도에 따른 CO₂ 흡착 성능 평가
• 다양한 CO₂ 농도로 공급된 실린더로부터 CO₂ 흡착 사이클 평가
• DAC 기술 적용을 위해 실제 대기로부터 채취한 공기를 이용한 장시간 CO₂ 흡착 사이클과 평가

🌱 탄소 중립을 향한 의미

COF-999의 가장 상징적인 특징은 단 200g의 소재가 나무 한 그루의 연간 이산화탄소(CO₂) 흡수량을 대체할 수 있다는 점입니다. 이는 단순히 자연 생태계를 보조하는 차원을 넘어, 인류가 만든 첨단 소재가 숲과 같은 탄소 흡수원(Carbon Sink) 역할을 수행할 수 있음을 보여주는 강력한 메시지입니다. 특히 도시화와 산림 파괴로 인해 자연적인 흡수원이 줄어드는 상황에서, 이러한 혁신적 대체재는 탄소중립 실현과 넷제로(Net Zero) 목표 달성을 위한 새로운 돌파구가 될 수 있습니다..

COF-999는 현재 직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture) 기술의 차세대 핵심 소재로 주목받고 있습니다. 낮은 재생 온도에서도 안정적인 성능을 보이며, 산업 현장의 다양한 조건—발전소, 천연가스 플랜트, 석탄 배기가스 환경—에서도 CO₂를 효과적으로 포집할 수 있음이 입증되었습니다. 특히 습도와 같은 외부 변수에도 긍정적으로 작용해, 실제 응용 가능성을 더욱 높였습니다.

이러한 연구 결과는 실험실 검증을 넘어 현장 적용성을 보여주었다는 점에서 의미가 큽니다. COF-999는 단순한 소재 개발을 넘어 DAC 기술 상용화를 앞당기는 촉매제로 평가되고 있으며, 국제사회가 합의한 넷제로 전략의 핵심 기술 중 하나로 자리매김할 가능성이 큽니다. 특히 재생 가능 에너지와 결합할 경우, DAC는 탄소 배출을 실질적으로 “마이너스”로 전환할 수 있는 유일한 해법이 될 수 있습니다.

👉 더 자세한 내용 다운로드 : COF-999, 이산화탄소 포집 기술

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