김덕종 교수팀, 저온 폐열 활용을 위한 ‘고성능 암모니아 흡착제’ 개발

▸NaBr 함유 공유결합 유기 골격 에어로젤 개발…저온 열원 활용 효율 극대화

▸저온 탈착 성능 획기적 향상…기존 최고성능 흡착제 대비 작동 용량 35.4% 증가

▸“저온 열원을 활용하는 흡착 기반 열에너지 관리시스템의 상용화 앞당길 핵심 솔루션”

경상국립대학교(GNU·총장 권진회) 공과대학 기계공학부 김덕종 교수 연구팀은 저온 열원을 효율적으로 활용하는 흡착식 히트펌프와 열화학식 에너지 저장 시스템의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 고성능 암모니아 흡착제를 개발했다고 밝혔다. 

이는 버려지는 저온 폐열을 효과적으로 활용하는 지속가능한 에너지 솔루션에 중대한 기여를 할 것으로 기대된다.

흡착 기반의 열 에너지 관리 시스템에서 흡착제에 흡착된 작동 유체를 낮은 온도에서도 효율적으로 탈착시키는 기술은 매우 중요하다. 저온 탈착 성능이 우수해야 40℃와 같이 낮은 온도의 폐열을 흡수하여 시스템을 구동하고 에너지를 저장하거나 작동 유체를 순환시킬 수 있기 때문이다. 이번에 개발된 브로민화 나트륨(NaBr)이 함유된 공유결합 유기 골격 에어로젤(NaBr@COFAs)은 이러한 저온 탈착 성능을 크게 향상시켰다.

이 신소재는 0.82g/g의 높은 작동 용량을 달성하며 기존 최고 성능 흡착제(0.60g/g) 대비 35.4%나 향상된 성능을 기록했다. 이러한 성능 향상은 NaBr과 다공성 공유결합 유기구조체(COF) 에어로젤의 시너지 효과 덕분이다. NaBr의 Na+는 암모니아 분자의 질소 원자와 배위결합을 형성하고, Br−는 수소 결합을 강화하여 암모니아를 안정적으로 잡아두는 동시에, 에어로젤의 다공성 구조가 원활한 암모니아 이동을 가능하게 하여 빠른 흡탈착을 돕는 메커니즘이다. 이를 통해 반복적인 사용에도 구조가 안정적으로 유지된다.

이번 연구 성과는 세계적 권위의 국제 학술지 《케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)》(JCR 상위 3% 이내)에 게재됐다.

김덕종 교수는 “이번에 개발된 신소재는 저온 열원을 활용하는 흡착 기반 열 에너지 관리 시스템의 상용화를 앞당길 핵심적인 역할을 할 것”이라며, “이번 성과가 미래형 열 관리 기술의 성능과 신뢰성을 동시에 높여 다양한 산업 분야에 기여하기를 기대한다.”라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 ‘글로벌 기초연구실지원사업’과 한국에너지기술평가원의 ‘알키미스트 프로젝트’의 지원을 받아 수행되었으며, 김덕종 교수팀의 힐루프 T. 피사하(Hiluf T. Fissaha) 박사가 제1저자로 참여했다.

ㅇ 사진 설명: 경상국립대학교(GNU) 공과대학 기계공학부 김덕종 교수와 힐루프 T. 피사하(Hiluf T. Fissaha) 박사(왼쪽부터)

ㅇ 내용 문의: 경상국립대학교 기계공학부 김덕종 교수 055-772-1637