장종산 한국화학연구원 박사가 개발한 ‘저온재생의 나노세공체 수분흡착제 및 실외기가 필요없는 흡착식 냉방·제습기술’이 지난 2월 세계일류 수준의 경쟁력을 보유한 연구성과로 인정받아 ‘2018년 세계적 혁신기술’로 선정된 데 이어 최근 과학기술정보통신부와 한국과학기술기획평가원이 선정하는 ‘2019년 국가연구개발 우수성과 100선’ 중 '최우수' 기술로 선정되는 영예를 안았다.
특히 장 박사가 개발한 ‘혁신적 MOF 수분흡착제 및 에너지절약형 흡착식 냉방·제습기술’은 세계적 학술지인 ‘네이처 에너지(Nature Energy, IF(Impact factor)=46.859)’에 지난해 10월22일자 온라인판에 게재된 바 있다.
‘흡착식 냉난방기’는 대표적 친환경 냉난방기로 전기를 거의 쓰지 않고 천연냉매인 물과 흡착제, 재생 열원(지역난방열, 태양열 또는 산업용 폐열) 등으로만 구동할 수 있다. 물이 수증기로 증발할 때 주변의 열을 빼앗아 냉방이 되고 반대의 시스템으로 수분이 응축될 때 열을 방출해 난방되는 원리다.
여기에 흡착제가 주요 소재로 쓰이는데 냉난방기 안에서 수분을 빨아들여(흡착) 냉방을 촉진시키고 포화되면 외부의 열로 수분을 내뱉은(탈착) 후 재생된다. 이때 하절기에 남아도는 태양열 또는 폐열을 냉방에 활용할 수 있어서 자원 재활용 측면에서 유용하다.
그러나 기존 흡착제는 성능이 좋지 않아 ‘흡착식 냉난방기’가 광범위하게 상용화되지 못했다. 시장에서 널리 활용되려면 냉난방기 에너지 효율이 높고 흡착제의 수분흡착 용량이 크며 70℃ 이하의 낮은 온도에서도 흡착제 재생이 잘돼야 한다. 그동안 이 세 가지 성능조건을 동시에 만족시키기가 어려웠으며 기존 흡착제인 실리카겔의 경우 흡착 용량이 작고 제올라이트의 경우 150℃ 이상의 고온에서 재생시켜야 했다.
장종산 박사는 상용화를 위한 세 가지 성능 조건을 모두 만족시키는 흡착제를 개발했다. 개발한 흡착제는 친환경 흡착식 냉방기에 쓰일 수 있는 저온 재생형 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, 이하 MOF) 수분흡착제로 프랑스의 CNRS 연구소와 공동으로 개발했다.
장종산 박사는 "지르코늄 양이온과 방향족 카르복시산 음이온을 결합시켜 3차원 골격구조를 이루면서 내부에 구멍이 많은 새로운 물질을 만들었다"라며 "이 흡착제는 물을 잘 흡착하는 성질(친수성)과 물을 싫어하는 성질(소수성)을 동시에 가지고 있어 냉방운전 조건에서 수분 흡착력은 증가하고 저온 재생능력도 크게 향상됐다"고 밝혔다.
이는 안정성이 높고 기존 흡착제인 제올라이트대비 24% 높은 냉방효율, 실리카겔대비 수분 흡착량 2배 이상의 성능을 가지고 있으며 55~65℃ 저온재생이 가능하다.
전기식 에어컨대비 1/20 이하로 전력사용을 최소화하며 수분흡착제의 재생 열원으로 70℃ 이하의 △태양열 △지역난방열 △산업폐열 등에 적용할 수 있다.
장 박사는 지난 2012년부터 Advanced Materials지 속표지 논문에 게재했고 최초의 저온 재생 수분흡착제 미국특허를 등록해 차세대 수분흡착제 기술을 이끌고 있다.
현재까지 저온 재생 수분흡착제 특허를 포함해 13편의 MOF 물질 및 응용기술관련 미국특허를 등록해 특허기술 포트폴리오를 구축하고 있으며 수분 흡착제 합성 및 수분 응용기술 일부에 대해 기술이전 및 사업화를 진행 중이다.
장종산 박사는 "2012년 금속-유기 골격체 흡착제분야 최초로 100℃ 이하에서 저온 재생이 가능한 MOF 흡착제를 개발해 미국 및 주요 국가에 국제특허를 등록한 바 있으며 금속-유기 골격체 수분흡착제의 설계기술은 기상이변과 지구온난화에 대응해 태양열 또는 중저온 폐열을 활용하는 미래형 냉난방산업의 핵심기술"이라며 "황산, 염산 등의 초강산에 노출돼도 구조 손상이 없고 기존 금속-유기 다공성 소재에 비해 고압에서도 기계적 강도가 매우 높아 수분 흡착제 외에 스마트 공조기, 제습 건조기 등의 다양한 흡착소재로도 활용될 수 있어 공조, 제습 및 건조분야의 사업화에도 크게 기여할 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.
장종산 한국화학연구원 박사가 개발한 ‘저온재생의 나노세공체 수분흡착제 및 실외기가 필요없는 흡착식 냉방·제습기술’이 지난 2월 세계일류 수준의 경쟁력을 보유한 연구성과로 인정받아 ‘2018년 세계적 혁신기술’로 선정된 데 이어 최근 과학기술정보통신부와 한국과학기술기획평가원이 선정하는 ‘2019년 국가연구개발 우수성과 100선’ 중 '최우수' 기술로 선정되는 영예를 안았다. 
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