신재료·신기술  해외정보

이산화탄소를 회수·고정화하는 신기술 개발
 (독)물질·재료연구기구의 江場宏美 연구원 등은 온실효과가스로 문제가 되고 있는 이산화탄소를 철 등의 금속에 흡수·고정화시키는 신기술을 개발했다. 1kg의 철을 이용한 경우, 약 790g
(450ℓ)의 이산화탄소를 흡수·고정화할 수 있다. 이와 동시에 같은 용적의 수소를 발생시킬 수 있어, 증대하는 스크랩철(사용이 끝난 철강)의 유효이용, 이산화탄소의 삭감, 연료전지의 운전에 필요한 수소공급을 동시에 실시할 수 있다.
이산화탄소를 물에 녹여서 탄산을 생성한다. 한편, 철이나 망간 등 이온화 경향의 큰 금속은 수소이온과 반응하여 금속이온이 되어 수소를 발생시킨다. 그때 물을 반응매체로 하여 이산화탄소를 금속인 탄산염으로 고정화하고 동시에 수소를 얻는다는 착상이 이루어졌다. 실험에서는 볼밀을 반응장치로 사용하여 실온에서 철을 분쇄하면서 물, 이산화탄소와 반응시키자, 약 15분 후에는 장치 내의 이산화탄소 농도가 반감하고 같은 용적의 수소를 얻을 수 있었다. 이산화탄소는 FeCO3(능철광) 분말로 회수되었다. 철의 중량당 이산화탄소 흡수량은 이미 개발되어 있는 세라믹스계 재료(규산리튬 등)와 비교하여 약 2배로 크다. 현재 일본 국내에서는 연간 3500만 톤이나 되는 팽대한 스크랩철이 발생하고 있고, 발생량은 앞으로도 계속 증대할 것으로 예상되는데, 이것을 이 반응의 원료로 하여 유효하게 이용할 수 있으리라 생각된다. 원리적으로 간단하며 반응장치의 스케일업도 용이하므로 실용화에 대한 문턱은 낮으리라 생각되는데, 철의 분쇄에 필요한 에너지를 억제하면서 높은 반응속도를 달성할 조건의 검토와, 생성한 탄산철을 그대로 폐기물로 처리하는 것이 아니라 유효하게 활용하는 방법을 찾는 일 등이 앞으로의 검토과제라고 생각된다. (CJ)

백금·로듐·파라둠이 자기(自己) 재생하는
자동차 배기가스 정화 개발
다이하츠工業(주)(본사·大阪府 池田市, 이사장 箕浦輝幸)은 (독)日本原子力硏究開發機構, (주)캐타라, 北興化學工業(주)과 협력하여 ‘슈퍼인텔리전트촉매’를 개발했다. 가솔린 자동차용 촉매에 사용되는 3종류의 귀금속 전부(백금·로듐·파라둠)에 자기재생기능을 부여, 배출가스 정화성능의 열화방지에 성공했다. 귀중한 자원인 귀금속 사용량의 대폭 저감과 동시에 초저원가이며 또한 깨끗한 배출가스의 양립이 가능해진다. 현 상태에서 가능한 한의 자원절약·저가화를 실현한 것으로, 이후 자동차용 촉매의 글로벌 스탠다드가 될 수 있는 것이다.
2002년에 실용화한 ‘인텔리전트 촉매’의 경우는 배출가스 정화기능을 가진 귀금속 가운데 가장 열화하기 쉽고 사용량의 저감이 곤란하다고 알려져 있던 파라둠에 자기재생기능을 갖게 함으로써 사용량의 대폭적인 저감과 촉매원가의 삭감을 실현, 2005년 11월말에 ‘인텔리전트 촉매’를 탑재한 차량은 165만 대를 돌파했다. 이 ‘인텔리전트 촉매’는 란탄과 철로 된 페로브스카이트형 산화물에 파라둠을 고용시켰는데, 이번의 백금·로듐은 파라둠과 안정원자가가 다르기 때문에 동 조성의 페로브스카이트형 산화물에서는 충분한 자기재생기능을 발휘하지 못한다.
‘슈퍼인텔리전트 촉매’는 이 기본 컨셉을 발전 응용시켜서 파라둠의 자기재생 시와는 전혀 다른 새로운 조성의 페로브스카이트형 산화물을 개발, 백금·로듐에 자기재생기능을 부여하는데 성공했다. A사이트는 +20가의 알칼리 토류(土類) 원소(Ca, Ba등), B사이트는 +4가의 천이원소(Ti, Zr) 등으로 구성되어 B사이트의 일부를 백금 혹은 로듐으로 치환한 것이다.
가솔린 엔진은 보통 최적의 연소상태를 유지하기 위해 항상 공연비를 제어하고 있으므로 배출가스는 1초 사이에 몇 번의 빈도로 산소과잉·부족의 상태를 반복한다. 페로브스카이트형 산화물에 고용시킨 귀금속은 배출가스의 산화·환원에 호응하여 환원 시에는 결정에서 나와 금속나노입자를 형성하고 산화 시에는 결정 안으로 돌아가는 출입을 반복함으로써 열화의 원인이 되는 입성장을 제어하여 높은 촉매활성을 언제까지나 유지할 수 있다. 그 결과, 사회적 과제였던 자동차 용도에서의 귀금속 사용량이 대폭 저감 가능하게 되었다. (CJ)

새로운 코팅 보호 강철, 초합금 개발
국립 Pacific Northwest 연구실의 연구진은 유리, 액체, 증기나 다른 혹독한 상황에서 쉽게 일어날 수 있는 부식과 산화, 탄화 그리고 황화를 방지할 수 있는 새로운 세라믹 기반 강철 코팅과 초합금을 개발하였다. PNNL 과학자, Chuck Henager에 의해 주도되고 있는 연구 팀은 금속 물체를 담그거나 페인트칠 또는 에어 스프레이로 적용할 수 있도록 슬러리 형태를 만들기 위하여 액체 초기세라믹 폴리머와 알루미늄 금속 조각 파우더를 혼합하였다. 상업용 Ruthenium 촉매를 이용하여 폴리머가 교차 결합하며 현탁액이 녹색상태로 되게 하는 저온 처리과정을 거친다.
그 후 이 코팅된 금속을 질소, 알곤, 또는 공기 중에서 700에서 900도 사이에서 가열한다. 가열은 녹색층을 철표면으로 스며드는 알루미눔 확산/반응층으로 바꾸고 철에 aluminide 표면 코팅이 되게 한다. PNNL 상업화 매니저 Eric Lund에 따르면 이 확산반응으로 코팅이 견고해지고 긁힘이나 쪼개지는 것이 방지된다. 코팅은 세라믹 코팅시 전형적으로 사용되는 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 이루어지기 때문에, 이 새로운 공정은 에너지를 절약하고 유해물질 방사를 줄일 수 있을 것으로 보인다. 비슷한 다른 제품과 달리 이 코팅의 액체형태는 스프레이 건(spray gun)을 이용하여 뿌려질 수 있기 때문에, 넓은 면적을 보호하는데 유용하게 쓰일 수 있을 것이라고 연구진은 내다보고 있다. (ACB)

핵파쇄(破碎) 중성자원에서 최초의 중성자 생성
미국 과학 구성 프로젝트 중에서 가장 거대하고 가장 기대되는 프로젝트가 중요한 성능 테스트를 통과하였다. 미국 테네시 주 ORNL에 위치한 DOE의 핵파쇄 중성자원(SNS)이 그 첫 번째 중성자를 생성하였다.
SNS의 가속기로부터 나온 빛의 속도로 움직이는 양성자의 펄스가 수은 타깃을 때리면, 양성자는 수은의 핵에서부터 나온 중성자를 ‘파쇄’하게 된다. 이들 첫 번째 중성자는 주문된 특수 장비에 기록되게 된다. SNS에서 수행된 연구는 차세대 재교 연구에 초석을 놓게 될 것이다. 1조 4천억 달러 규모의 시설이 현재 세계에서 가장 높은 펄스 파쇄 소스보다 8배 큰 빔 파워를 낼 수 있도록 할 것이다. 이러한 파워의 증가는 SNS에서 개발된 첨단 장비 기술과 결합되어 측정된 중성자 빔 강도를 50에서 100으로 증가시킬 것이다. (ACB)