태양 에너지를 이용하여 CO2를 연료로 변환
미국 캘리포니아 대학의 화학자들은 태양 에너지를 받아들여 그 에너지를 전기로 변환한 후에 이산화탄소를 일산화탄소와 산소로 분리하는 프로토타입 장치를 개발하였다. 이 장치는 아직 최적화가 되지 않았기 때문에 공정을 진행하려면 아직까지는 부가적인 에너지를 더해주어야 한다.
화학과 화생물학 교수인 Clifford Kubiak과 그의 지도 대학원생인 Aaron Sathrum은 새로운 장을 열게 되리라 기대하고 있다. “CO2의 분해에 대한 논문을 살펴보면, 100개가 넘는 논문에서 수소를 만들어내기 위해 물을 분해한다고 쓰여 있지만, CO2분해는 우리가 넣고자하는 것보다 더 많은 것을 사용하고 있습니다”라고 Kubiak은 설명한다.
“이 분해는 산업적으로 매우 중요한 물질인 CO를 만들어냅니다. CO는 보통 천연가스에서 생산되고 있습니다. 그렇기 때문에 CO2 분해를 통해 우리는 연료를 절약하고, 유용한 화학물질을 만들어내고, 온실 가스를 줄일 수 있습니다. CO를 액화 연료로 변환하는 기술은 오래전부터 있어왔습니다”라고 Kubiak은 말한다. “그 기술은 1920년대에 독일에서 개발되었습니다.”
“이 장치는 반도체와 두개의 촉매 층을 사용합니다. 촉매는 장비의 한쪽 면에서 CO2를 CO로 변환하고 반대쪽에서 CO2를 산소로 변환시킵니다.
전자가 이 반응에 통과를 하기 때문에, 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환시킬 수 있는 특수한 형태의 촉매가 필요합니다.” Kubiak의 팀은 이 과정에 효과적인 촉매로 밝혀진 니켈 원자를 가진 큰 모듈을 개발하였다.
적절한 반도체를 선택하는 것이 중요한 일인데, 최초에는 실리콘 반도체가 사용되었다. 그러나 실리콘은 적외선 영역을 흡수하기 때문에 과학자들은 너무 약해 충분한 에너지를 공급할 수 없다고 말한다. 실리콘에 의해 태양광을 변환하는 경우에는 CO2를 분해하기 위한 에너지의 절반밖에 공급되지 않기 때문에 나머지 절반을 과학자들이 따로 공급을 해주어야 한다.
연구진은 갈륨-포스페이트 반도체를 사용한 새로운 장치를 개발 중에 있다. 이 장치는 실리콘의 두 배의 밴드갭을 가지고 있어 가시광선을 보다 많이 흡수할 수 있다. 그렇기 때문에 이 장치는 태양광을 이산화탄소를 분해하는 데 사용할 수 있는 충분한 에너지를 낼 수 있을 것으로 기대되고 있다. (ACB)
탄화수소계 연료전지 전해질 막 개발
山梨大學은 연료전지의 중핵 부재인 전해질막으로 저가이며 장시간의 내구성을 갖는 신형 고분자막을 개발했다고 발표했다. 전해질막의 생산원가 삭감과 내구성 향상에 공헌할 소재로서 재료 메이커나 전기 메이커 등과 공동으로 조기의 실용화를 목표로 한다.
신형 막은 탄화수소계 소재를 사용했다. 생산원가는 1평방미터 당 수 천 엔으로, 현재의 주료인 불소계 소재를 사용할 경우에 비해 10분의 1 이하로 낮출 수 있다고 한다.
탄화수소계는 내구성이 과제여서 지금까지는 1000시간 정도가 최장이었다고 알려져 있는데, 이번에는 5천 시간의 내구 테스트를 완료했다. 자동차나 가정의 코제네레이션(열전병합)시시템 등에서 연구가 진행되고 있는 고체 고분자형 연료전지나 컴퓨터 등에 사용할 소형 휴대용 메탄올 전지 등에 이용한다. (일경산업)