충남대학교 공과대학 응용화학공학과 이영석 교수 연구팀이 불소화-탈불소화 반응을 활용해 바이오차의 이산화탄소(CO2) 물리적 활성화 온도를 낮추면서 기공 발달을 크게 향상시키는 새로운 활성탄소 제조 기술을 개발했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Bioresource Technology’ (JCR 상위 2.3%, IF 8.2)에 8월 30일 자로 온라인 게재됐다. 이번 연구는 충남대 응용화학공학과 임채훈 박사가 제1저자로, 이영석 교수가 교신저자로 참여했다.

연구팀은 코코넛 껍질 유래 바이오차(Biochar, 바이오매스를 숯처럼 저산소 환경에서 탄화시켜 만든 물질)를 상온에서 불소화한 뒤 CO2로 활성화했다. 이 과정에서 탄소-불소 결합의 열분해로 생성된 불소 라디칼이 CO2 분해와 탄소 가스화 반응을 촉진해, 기존 바이오차보다 낮은 온도에서도 기공이 효과적으로 발달하는 원리를 규명했다.

이번 연구에서는 불소화 전처리 바이오차가 600℃에서도 기공 발달을 보였고, 750℃에서 제조한 최적 활성탄소는 1,027m²/g의 비표면적을 기록해 동일 조건의 미처리 바이오차보다 2.06배 높았다. 메조기공 비율도 58%에 달했다.

제조된 활성탄소는 CO2 흡착과 에너지저장 분야에서도 성능 향상을 보였다. CO2 흡착량은 기존 활성탄소보다 1.48배 증가했으며, 슈퍼커패시터 응용에서는 0.5A/g에서의 비정전용량이 기존 활성탄소보다 1.93배 향상됐다.

이번 연구를 통해 확인된 활성탄소는 급속 충전과 방전이 필요한 전기차(EV), 재생에너지 저장장치(ESS), 스마트 전자기용 슈퍼커패시터의 배터리 효율과 수명을 극대화하는 핵심 소재로 이용될 수 있으며, 고성능 필터, 가스 마스크 등 다양한 표면 제어 소재 산업에 광범위하게 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이영석 교수는 “이번 연구는 불소화-탈불소화 반응을 이용해 기존 CO2 물리적 활성화의 고온 공정 한계를 낮추고 기공 구조와 표면 기능성을 동시에 제어할 수 있음을 보여줬다”며 “바이오매스 기반 활성탄소의 저온·고효율 제조와 CO2 포집 및 에너지 저장 소재로의 활용 가능성을 넓혔다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

□ 논문 제목: Novel defluorination assisted physical activation of fluorinated biochar for CO2 adsorption and supercapacitors

□ 논문 DOI: http://doi.org/10.1016/j.biortech.2026.135682