(WSU researchers have found a way to create large amounts of inexpensive nanofoam catalysts that can facilitate the generation of hydrogen on a large scale by splitting water molecules. Credit: Washington State University)
물은 수소 원자 두 개와 산소 원자 하나로 되어 있습니다. 따라서 물을 분해하면 에너지원으로 가치가 높은 수소를 얻을 수 있습니다. 분해 방법에는 여러 가지가 있지만, 우리에게 친숙한 방식은 전기 분해입니다. 따라서 전기를 이용해서 수소를 대량생산할 수 있을 것입니다. 그런 이유로 많은 과학자들이 물을 쉽게 전기 분해할 수 있는 방법을 찾고 있습니다. 남아도는 전기를 유용한 에너지자원으로 바꿀 수 있기 때문입니다.
문제는 실험실이 아니라 산업적인 규모로 물을 전기 분해해서 수소를 대량 생산하기 힘들다는 것입니다. 좀 더 정확하게 말하면 경제적으로 생산하기가 어렵습니다. 왜냐하면 백금처럼 희귀하고 비싼 촉매를 사용해서 대량생산이 가능하기 때문입니다. 결국 과학자들이 찾고자 하는 것은 백금 대신 매우 저렴하고 제조가 간단한 촉매입니다.
앞서 소개했듯이 최근 성과를 거두는 금속촉매로 철-니켈 촉매가 있습니다. 스탠포드 대학의 연구팀은 비교적 오래 작동이 가능하고 효율도 좋은 철-니켈 촉매를 발표했습니다.
최근 워싱턴 주립 대학의 연구팀은 철-니켈 촉매를 나노폼(nanofoam) 형태로 제조했습니다. 새로운 방법을 이용해서 5분만에 나노폼 형태로 촉매를 생산할 수 있는데, 접촉 표면적을 크게 늘려 반응을 더 좋게 만들 수 있습니다. 연구팀은 이 방법이 이전 다른 형태의 촉매보다 효율이 좋고 12시간 정도 사용해도 효율이 적게 감소한다고 합니다.
철-니켈은 이미 흔히 사용하는 금속이고 비용이 저렴하기 때문에 이를 저렴하게 가공해서 촉매를 만들 수 있다면 비용을 크게 절감할 수 있을 것입니다. 가까운 미래에 저렴한 전기 분해 기술이 개발되면 물을 원료로 수소를 대량으로 생산할 수 있는 시대가 올 것으로 기대합니다.
참고
Shaofang Fu et al, Ultrafine and highly disordered Ni 2 Fe 1 nanofoams enabled highly efficient oxygen evolution reaction in alkaline electrolyte, Nano Energy (2017). DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.12.010
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