과기정통부·KAIST, 100년 넘은 증류탑 허문다
-배경훈 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관, KAIST 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀 성과 발표
-350℃ 고온 증류 대신 다공성 고분자 막 활용... 탄소 배출 37.6%·운영비 36% 절감 효과 검증
-350℃ 고온 증류 대신 다공성 고분자 막 활용... 탄소 배출 37.6%·운영비 36% 절감 효과 검증
가요진 기자입력 : 2026. 06. 25(목) 13:47
사진=과학기술정보통신부 제공
[과기정통부/CTN]가요진 기자= 김성수 과학기술정보통신부 연구개발정책실장은 "이번 성과는 정유 공정의 에너지 소비와 이산화탄소 배출을 동시에 낮추어 산업의 경쟁력을 높일 뜻깊은 성과"라면서, "앞으로도 기초연구가 국민이 체감할 수 있는 성과로 이어지도록 지원을 아끼지 않을 것"이라고 말했다. 과학기술정보통신부는 한국과학기술원 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 원유를 끓이지 않고 값싼 고분자 막만으로 상온에서 정밀하게 걸러 내는 데 성공했다고 밝혔다. 과기정통부 개인기초연구 및 선도연구센터 사업으로 수행된 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 국제학술지인 '네이처(Nature)'에 6월 25일 자정(한국시간)에 게재되며 전 세계 과학계의 이목을 집중시켰다.
최근 국제 정세 변화에 따른 유가 변동이 장바구니 물가를 위협하는 가운데, 그 바탕에는 지난 한 세기 동안 원유를 350℃ 이상으로 펄펄 끓여온 고에너지 소비형 정유 공정이 자리 잡고 있었다. 전 세계 정유 공장이 소비하는 증류 에너지는 연간 1,100TWh에 달하며, 국내 정유·석유화학 산업의 온실가스 배출량 역시 국가 전체 배출량 중 상당한 비중을 차지해 왔다. 그동안 학계는 분리막을 통한 에너지 절감을 시도해 왔으나, 분자 단위 분리를 위해 머리카락 두께보다 얇은 '선택층'을 코팅해야 한다는 상식 때문에 제조 비용 상승과 대면적화 실패라는 한계에 부딪혀 왔다.
연구팀은 이러한 상식을 뒤엎고 아무런 코팅을 하지 않은 값싼 다공성 고분자(PAN) 막에 원유를 그대로 흘려보내는 파격적인 접근을 시도했다. 연구팀은 원유 속 무거운 기름 성분들이 분리막 내부의 미세 구멍에 스스로 들러붙어 2나노미터 이하의 정교한 미세 통로를 자발적으로 형성하는 현상을 규명해 냈다. 기존에 성능을 망치는 '오염'으로 여겨지던 현상을 자발적 기공 수축 도구로 역이용한 것이다. 이 방식은 기존 최고 수준의 원유 분리막 대비 23배나 빠른 분리 속도를 기록했으며, 28일간 연속 운전해도 성능 저하가 없는 뛰어난 안정성을 입증했다.
특히 이 기술은 막대한 설비 교체 비용 없이 기존 정유 공장의 배관 시스템에 필터 모듈을 추가하는 형태로 즉시 도입이 가능하다. 원유를 분리막에 통과시켜 나프타와 휘발유 등을 먼저 분리한 뒤 남은 성분만 증류할 경우, 기존 공정 대비 에너지는 31.6%, 이산화탄소 배출량은 37.6%를 감축할 수 있으며 운영비 또한 36% 절감된다. 이를 국내 산업 전반에 확대 적용하면 승용차 400만 대가 1년 동안 내뿜는 탄소량과 대등한 연간 약 1,000만 톤의 온실가스를 감축할 수 있어, 벼랑 끝에 몰린 국내 석유화학 업계의 원가 경쟁력 확보와 탄소중립 실현을 한 번에 해결할 실효성 있는 지원책이 뒷받침되어야 할 것으로 보인다.
[영문번역 기사-AI활용]
Ministry of Science and ICT R&D Policy Bureau Director General Kim Seong-soo stated, "This achievement is a meaningful result that will enhance industrial competitiveness by simultaneously reducing energy consumption and carbon dioxide emissions in the refining process. We will spare no support to ensure that basic research leads to achievements that citizens can genuinely feel." The Ministry of Science and ICT announced that a research team led by Professor Koh Dong-yeon of the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the Korea Advanced Institute of Science and Technology successfully filtered crude oil precisely at room temperature using only low-cost polymer membranes without boiling it. Conducted under the ministry's individual basic research and leading research center support projects, this research milestone was published in 'Nature,' the world's most prestigious international academic journal, on June 25 at midnight (local time).
While recent fluctuations in oil prices driven by international geopolitical shifts emerge as a core factor threatening consumer prices, a high-energy-consuming refining process that has boiled crude oil above 350°C for the past century lies at the base. Globally, oil refineries rely on this boiling-and-cooling distillation method, consuming a massive 1,100 TWh of energy annually, and the greenhouse gas emissions from the domestic refining and petrochemical industries have also occupied a significant portion of the national total. Academic circles have long focused on membrane research to filter crude oil without boiling, but prevailing wisdom dictated that a 'selective layer' much thinner than a hair must be coated on the membrane surface for molecular-level ultra-precise separation, which raised manufacturing costs and caused coating defects when scaled up.
The research team completely overturned this convention and attempted a radical approach by passing crude oil through an uncoated, inexpensive porous polyacrylonitrile (PAN) membrane. They discovered that heavy oil components within the crude oil spontaneously adhered to the microscopic pores inside the membrane, creating precise micro-channels under 2 nanometers. While the adhesion of oil components was conventionally rejected as 'fouling' that degrades performance, the team reversed this phenomenon into a tool for shaping separation pathways. This method recorded a separation speed 23 times faster than previously reported top-tier crude oil membranes and demonstrated outstanding stability without performance degradation even during continuous operation for 28 days.
The greatest industrial appeal of this technology is its immediate applicability to existing refinery piping systems as an added filter module without massive facility replacement costs. Passing crude oil through this membrane to isolate naphtha and gasoline first can reduce energy by 31.6%, carbon dioxide emissions by 37.6%, and operating costs by 36% compared to conventional distillation. Expanding this across the domestic refining industry could reduce greenhouse gas emissions by approximately 10 million tons annually, equivalent to the carbon emitted by 4 million passenger cars over a year, indicating that a robust structural support system must be prioritized to secure cost competitiveness and realize carbon neutrality for the domestic petrochemical sector.
최근 국제 정세 변화에 따른 유가 변동이 장바구니 물가를 위협하는 가운데, 그 바탕에는 지난 한 세기 동안 원유를 350℃ 이상으로 펄펄 끓여온 고에너지 소비형 정유 공정이 자리 잡고 있었다. 전 세계 정유 공장이 소비하는 증류 에너지는 연간 1,100TWh에 달하며, 국내 정유·석유화학 산업의 온실가스 배출량 역시 국가 전체 배출량 중 상당한 비중을 차지해 왔다. 그동안 학계는 분리막을 통한 에너지 절감을 시도해 왔으나, 분자 단위 분리를 위해 머리카락 두께보다 얇은 '선택층'을 코팅해야 한다는 상식 때문에 제조 비용 상승과 대면적화 실패라는 한계에 부딪혀 왔다.
연구팀은 이러한 상식을 뒤엎고 아무런 코팅을 하지 않은 값싼 다공성 고분자(PAN) 막에 원유를 그대로 흘려보내는 파격적인 접근을 시도했다. 연구팀은 원유 속 무거운 기름 성분들이 분리막 내부의 미세 구멍에 스스로 들러붙어 2나노미터 이하의 정교한 미세 통로를 자발적으로 형성하는 현상을 규명해 냈다. 기존에 성능을 망치는 '오염'으로 여겨지던 현상을 자발적 기공 수축 도구로 역이용한 것이다. 이 방식은 기존 최고 수준의 원유 분리막 대비 23배나 빠른 분리 속도를 기록했으며, 28일간 연속 운전해도 성능 저하가 없는 뛰어난 안정성을 입증했다.
특히 이 기술은 막대한 설비 교체 비용 없이 기존 정유 공장의 배관 시스템에 필터 모듈을 추가하는 형태로 즉시 도입이 가능하다. 원유를 분리막에 통과시켜 나프타와 휘발유 등을 먼저 분리한 뒤 남은 성분만 증류할 경우, 기존 공정 대비 에너지는 31.6%, 이산화탄소 배출량은 37.6%를 감축할 수 있으며 운영비 또한 36% 절감된다. 이를 국내 산업 전반에 확대 적용하면 승용차 400만 대가 1년 동안 내뿜는 탄소량과 대등한 연간 약 1,000만 톤의 온실가스를 감축할 수 있어, 벼랑 끝에 몰린 국내 석유화학 업계의 원가 경쟁력 확보와 탄소중립 실현을 한 번에 해결할 실효성 있는 지원책이 뒷받침되어야 할 것으로 보인다.
[영문번역 기사-AI활용]
Ministry of Science and ICT R&D Policy Bureau Director General Kim Seong-soo stated, "This achievement is a meaningful result that will enhance industrial competitiveness by simultaneously reducing energy consumption and carbon dioxide emissions in the refining process. We will spare no support to ensure that basic research leads to achievements that citizens can genuinely feel." The Ministry of Science and ICT announced that a research team led by Professor Koh Dong-yeon of the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at the Korea Advanced Institute of Science and Technology successfully filtered crude oil precisely at room temperature using only low-cost polymer membranes without boiling it. Conducted under the ministry's individual basic research and leading research center support projects, this research milestone was published in 'Nature,' the world's most prestigious international academic journal, on June 25 at midnight (local time).
While recent fluctuations in oil prices driven by international geopolitical shifts emerge as a core factor threatening consumer prices, a high-energy-consuming refining process that has boiled crude oil above 350°C for the past century lies at the base. Globally, oil refineries rely on this boiling-and-cooling distillation method, consuming a massive 1,100 TWh of energy annually, and the greenhouse gas emissions from the domestic refining and petrochemical industries have also occupied a significant portion of the national total. Academic circles have long focused on membrane research to filter crude oil without boiling, but prevailing wisdom dictated that a 'selective layer' much thinner than a hair must be coated on the membrane surface for molecular-level ultra-precise separation, which raised manufacturing costs and caused coating defects when scaled up.
The research team completely overturned this convention and attempted a radical approach by passing crude oil through an uncoated, inexpensive porous polyacrylonitrile (PAN) membrane. They discovered that heavy oil components within the crude oil spontaneously adhered to the microscopic pores inside the membrane, creating precise micro-channels under 2 nanometers. While the adhesion of oil components was conventionally rejected as 'fouling' that degrades performance, the team reversed this phenomenon into a tool for shaping separation pathways. This method recorded a separation speed 23 times faster than previously reported top-tier crude oil membranes and demonstrated outstanding stability without performance degradation even during continuous operation for 28 days.
The greatest industrial appeal of this technology is its immediate applicability to existing refinery piping systems as an added filter module without massive facility replacement costs. Passing crude oil through this membrane to isolate naphtha and gasoline first can reduce energy by 31.6%, carbon dioxide emissions by 37.6%, and operating costs by 36% compared to conventional distillation. Expanding this across the domestic refining industry could reduce greenhouse gas emissions by approximately 10 million tons annually, equivalent to the carbon emitted by 4 million passenger cars over a year, indicating that a robust structural support system must be prioritized to secure cost competitiveness and realize carbon neutrality for the domestic petrochemical sector.
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가요진 기자 gyj1119@naver.com
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