COF-999

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COF-999

개발팀	대학교	UC 버클리
	지도교수	오마르 야기(Omar Yaghi)[1]
	주저자	저우 지후이(Zihui Zhou)
관련 논문	Carbon dioxide capture from open air using covalent organic frameworks

▲COF-999를 병에 담은 모습
이 물질 200g이면 성목( 成木) 한 그루만큼 CO₂를 흡수할 수 있다.(20kg/연간)

1. 개요2. 원리3. 한계4. 기타5. 관련 문서

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1. 개요

COF-999는 2024년 10월 UC 버클리의 오마르 야기 연구팀이 개발한 공유결합 유기 구조체(Covalent Organic Framework)로 대기 중 이산화탄소만을 아주 효율적으로 흡수하는 물질이다. 습도가 높은 환경에서는 훨씬 뛰어난 성능을 보이고[2], 20분에 전체 흡수 가능량의 50% 1시간에 80%를 흡수한다, 60℃ 이상 가열하면 포집한 이산화탄소를 내뱉기 때문에 탄소 보관소만 따로 구비하면 쉽게 재사용이 가능하다.[3] # 이 때문에 과학계는 물론 산업계에서도 DAC(Direct air capture)의 게임체인저로 이 물질을 주목하고 있다.

2. 원리


COF-999의 화학구조식(왼쪽)과 / COF-999가 CO₂를 흡착하는 모습을 나타낸 상상의 이미지(오른쪽)

COF(Covalent Organic Framework)는 가벼운 비금속 원자(H, C, N, O 등) 간의 공유 결합을 통해 다공성 구조를 형성하는 유기 물질이다.[4] 화학구조식에서 가운데를 향해 가지처럼 뻗어 있는 부분이 아민으로, 질소 원자를 중심으로 수소 원자가 결합된 구조이다. 염기성을 띄는 아민은 산성을 띄는 이산화탄소와 반응을 하여 카바메이트(carbamate) 및 중탄산염(bicarbonate)을 형성한다. 사실 COF의 설계에 따라 수소만을 붙들 수도, 메테인만을 붙들 수도 있지만 COF-999는 이 중 이산화탄소만을 붙들도록 설계해 놓은 구조체이다. 게다가 기존 COF 구조체는 수분에 취약했던 반면, 이 구조체는 오히려 물이 이산화탄소를 더 잘 흡착하도록 도와준다. 한편, 60℃ 이상으로 가열하면 카바메이트 및 중탄산염 결합이 깨져 이산화탄소가 풀려나온다. 이렇게 해서 잡아 놓은 이산화탄소를 보관소할 장소만 있으면 계속해서 탄소 포집이 가능하다.

3. 한계

COF-999는 한 번에 1g당 2.02mmol, 즉 88.9mg의 CO₂를 포획할 수 있다. 앞서 말한 200g으로 연간 20kg의 이산화탄소를 흡수하려면 매일 하루에 세 번을 흡수하고 내뱉어야 나무 한 그루 만큼의 역할을 한다. 탄소가 찰 때마다 갈아줘야 하는 번거로움 뿐만 아니라 탄소를 내뱉으려면 60℃ 이상으로 데워야 하는데 거기서 또 에너지가 필요하다. 그래서 인공물질 중에서 CO₂를 잘 흡수하는 획기적인 물질은 맞으나 인터넷에서 설명하는 수준의 공상과학적 물질은 아니고 실용적으로 쓰려면 아직 고민을 더 해야하는 물질이다.

4. 기타

이 물질을 개발한 야기 교수는 AI를 활용하면 더 나은 COF와 MOF를 만들 수 있을 거라 보았다. # 하지만 이 물질을 개발하는데 AI를 활용한 건 아니다.

5. 관련 문서

탄소 포집

[1] 금속유기 구조체(MOFs)와 공유결합 유기 구조체(COFs)의 발명가이자, 2011년엔 그가 쓴 논문이 전세계에서 두 번째로 가장 많이 인용되었을 정도로 학계에선 매우 유명한 화학자이다. # [2] CO₂농도 400ppm 대기에서 건조한 상태일 때는 COF 1g당 0.96mmol의 흡수 성능을, 50% 습도에선 2.05mmol 성능을 보인다. [3] 100회 이상 재사용 가능 [4] 반대로 금속원자가 들어가 있는 유기 구조체를 MOF(Metal Organic Framework)라고 한다.