KAIST, 배터리 기술로 대기 중 탄소 제거…"세계가 인정"

국내 연구팀이 대기 중 이산화탄소를 직접 빨아들이는 일종의 '공기 청소기술'을 구현했다. 전기차 배터리 제조방식에 착안해 고안한 이 기술은 기존 고비용·저효율 한계를 넘어 탄소 제거 기술의 상용화를 앞당길 기폭제 역할을 할 것으로 주목받는다.

(좌측 상단부터) 고동연 교수, 강주연 석사과정, 김준성 석박통합과정, 박인환 박사과정, 박인준 박사과정, 카롤리네 헤비쉬 박사, 김시은 박사과정, 이민형 박사과정. KAIST

KAIST는 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀의 '직접공기포집(DAC)' 기술이 오픈에어(OpenAir)가 주최하는 '2026 탄소 제거 챌린지(Carbon Removal Challenge)'에서 세계 상위 4개 팀에 선정됐다고 24일 밝혔다.

오픈에어는 탄소 제거 기술의 확산을 지원하는 글로벌 비영리 단체다. 이 단체가 주최해 열리는 챌린지는 차세대 탄소 제거 기술의 실용·확산 가능성을 평가하는 세계적인 경연으로 손꼽힌다.

올해 챌린지에는 세계 30여개 대학의 40여개 팀이 참가했다. 이중 최종 선정된 팀은 KAIST·미시간대·러트거스대·코넬-프린스턴-컬럼비아 연합팀 등 4개다.

고 교수 연구팀이 챌린지에서 선보인 직접공기포집 기술은 '전기차 배터리' 제조 방식에 착안해 기존 기술의 고비용·저효율 문제를 해결했다는 점에서 의미를 갖는다.

기존에도 직접공기포집 기술은 대기 중 이산화탄소를 줄일 혁신적 방법으로 평가받았다. 하지만 높은 비용에 낮은 효율이 상용화의 발목을 잡았던 게 현실이다.

이를 해결하기 위해 고 교수 연구팀은 배터리 전극 제조에 사용되는 '건식 공정(Dry process)'을 직접공기포집 기술에 적용했다. 액체를 쓰지 않고, 분말을 그대로 눌러 단단한 필름으로 만드는 방식이다. 이 방식은 탄소를 흡수하는 물질을 촘촘하게 채울 수 있어 보다 많은 이산화탄소를 일시에 포집할 수 있게 한다.

이를 통해 탄소 흡착 소재의 함량을 최대 97wt%(Weight percent·전체 무게 중 특정 성분이 차지하는 비율)까지 끌어올려 기존보다 많은 이산화탄소를 포집할 수 있는 구조를 구현했다. 이는 스펀지가 촘촘해질수록 흡수하는 물의 양도 늘어나는 것과 같은 원리다. 전기차 배터리의 효율을 높이는 기술이 지구를 청소하는 기술로 변신한 셈이다.

무용매 건식 공정을 통한 필름형 흡착제 제작 과정. KAIST

고 교수 연구팀은 포집한 탄소를 다시 분리하는 '재생 과정'에서도 성능을 개선했다. '전기 저항 가열(Joule heating)' 방식을 도입해 전기를 흘려 내부에서 즉시 열을 발생시키는 구조를 구현한 덕분이다.

이는 전기를 넣으면 바로 뜨거워지는 토스터기처럼 내부에서 빠르게 열을 만드는 방식으로, 단 1분 만에 이산화탄소를 빠르게 방출해 재사용이 가능하게 한다. 전기차 냉각 시스템을 접목해 열을 식히는 시간까지 60% 단축한 결과, 전체 공정 속도와 생산성이 크게 향상됐다는 것이 고 교수 연구팀의 설명이다.

고 교수는 "이번 성과는 탄소 포집 기술의 혁신성과 실제 적용 가능성을 동시에 인정받은 결과"라며 "향후 글로벌 협력으로 기술 상용화와 확산을 적극적으로 추진할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 KAIST 박인준 박사과정생이 주도하고, 김시은·김준성·박인환·이민형ㅍ강주연 학생과 카롤리네 헤비쉬(Karoline L. Hebisch)·천무진 박사가 참여해 수행했다.

고 교수 연구팀은 내달 20일 미국 뉴욕에서 열리는 글로벌 콘퍼런스 '2026 카본 언바운드(Carbon Unbound 2026)'에 초청받아 세계 전문가와 투자자를 대상으로 해당 기술을 소개할 기회도 갖는다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr