“3V 스마트폰 충전으로 CO₂ 95% 포집”…카이스트, 세계 첫 저전력 DAC 돌파

3볼트(3V) 스마트폰 충전 전력으로 95% 이상의 고순도 이산화탄소(CO₂)를 회수하는 기술이 나왔다. 저전력 기반 직접공기포집(DAC·Direct Air Capture) 기술로, 기존 고온·고에너지 집약형 방식에 비해 전력 소모와 설비 복잡성을 크게 줄인 것이 특징이다. 국내 연구진과 해외 공동팀이 차세대 탄소저감 시장에 혁신 해법을 제시하며, 업계에서는 탄소중립 산업 구조의 판도 변화 신호탄으로 평가한다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 고동연 교수팀은 미국 MIT 해튼 교수팀과 논문을 통해, 세계 최초로 전도성 은나노 파이버를 활용한 초고효율 전기 구동 DAC 기술을 25일 공개했다. 연구팀은 2020년부터 개발한 이 기술의 핵심 원리에 대해, “섬유 표면에 3㎛(마이크로미터) 두께로 혼합 은나노와이어-나노입자를 균일 코팅해, 저항가열·직접공기포집이 동시에 가능한 3D 다공성 구조로 구현했다”고 설명했다. 

기존 직접공기포집 기술은 대기 중 CO₂를 열화학적 방식으로 포집·분리할 때, 100도 넘는 고온 증기를 필수로 썼다. 이 과정에서 전체 에너지 투입의 70% 이상이 고온 유지에 소모됐고, 복잡한 열교환 설비와 대용량 인프라가 필수였다. 

특히 이번 기술은 전기 옷감(Heating Fiber)처럼 섬유에 전류를 흘리는 저항가열(Joule heating) 방식에 집중했다. 섬유 내부까지 빠르고 균일하게 뜨겁게 하면서, 필요 부위에만 열을 집중시켜 기존 대비 약 20%의 감열 손실을 줄였다. 실험 결과, 스마트폰 충전기 수준인 3V 전압만으로 80초 내 110도까지 도달해, 열 공급 효율(에너지 전환 효율)과 포집·재생 사이클을 모두 단축한 것이 입증됐다.

실제 대기환경에서 다수의 모듈형 파이버를 1옴(Ω) 이하 저항으로 병렬 연결해 CO₂를 95% 이상 순도·효율로 회수했는데, 이는 저전력 조건에서 상용 DAC 기술의 실효성 한계를 넘어선 성과로 평가된다. 

현재 전도성 소재 기반 e-DAC 상용기술은 세계적으로도 미개척 분야로, KAIST 연구진은 핵심 복합체 구조에 대한 PCT 국제 특허를 2022년 출원한 바 있다. 논문은 재료과학 저널 '어드밴스드 머터리얼즈'에도 게재되며, 연구 우수성을 표지로도 인정받았다.

이번 기술은 캠퍼스, 도심, 산업현장 등 공간 제약 없이 배치 가능하고, 배출원 저감·도시 공기정화 등 다양한 응용이 시도될 가능성도 점쳐진다. 미국과 유럽 등도 기후정책 강화에 따라 직접공기포집 시장에 주목하고 있으나, 에너지 소모와 설비 비용이 확산의 걸림돌이 된 상황이라 이번 저전력·저비용 솔루션에 이목이 쏠린다.

전문가들은 “DSP, 반도체, 이차전지 등과 달리 DAC는 소재·전기화학 융합적 요소가 핵심이어서, 원천기술 선점이 산업 주도권에 직결된다”고 해석한다. 고동연 교수는 “직접공기포집은 단순 저감 기술을 넘어, 앞으로 대기 환경 혁신의 키로 부상할 것”이라며 “이번 전도성 파이버 기반 기술이 글로벌 탄소중립 경쟁에서 새로운 기준이 될 수 있다”고 말했다. 산업계는 이번 기술이 실제 CO₂ 저감 시장에 안착할 수 있을지 주목하고 있다.