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이산화탄소, 물, 태양 에너지를 이용해서 연료를 생산하는 시스템



 (This device, developed by a team from the University of Cambridge, is a significant step toward achieving artificial photosynthesis - a process mimicking the ability of plants to convert sunlight into energy. It is based on an advanced 'photosheet' technology and converts sunlight, carbon dioxide and water into oxygen and formic acid - a storable fuel that can be either be used directly or be converted into hydrogen. Credit: University of Cambridge)





(Dr Qian Wang and her colleagues have developed a standalone device that converts sunlight, carbon dioxide and water into a carbon-neutral fuel, without requiring any additional components or electricity. Credit: University of Cambridge)



 태양광 발전의 가장 큰 문제점은 밤이나 기상 조건이 나쁠 때는 발전이 어렵다는 것입니다. 그리고 태양 전지에서 발생한 전기는 바로 사용하지 않으면 배터리에 저장하지 않는 이상 사라지게 됩니다. 이런 단점을 극복하기 위해 태양 에너지를 전기 대신 화학 에너지로 바꾸는 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 대표적인 것은 수소를 생산하는 태양 화학 전지 시스템과 높은 열과 촉매를 이용한 합성 연료 입니다. 하지만 후자의 경우 원하지 않는 다양한 부산물들이 많이 생긴다는 단점이 있었습니다. 



 케임브리지 대학의 치엔 왕 박사(Dr. Qian Wang from Cambridge's Department of Chemistry)와 그 동료들은 매우 다루기 쉬운 단순한 화학 물질인 포름산 (formic acid, HCOOH)을 합성할 수 있는 스탠드얼론 태양 에너지 전환 시스템을 개발했습니다. 물, 이산화탄소, 햇빛만 있으면 추가적인 시스템이나 에너지원 없이 혼자서 포름산을 생산하는 것입니다. 



 연구팀은 이 시스템이 수소를 생산하는 방식이나 더 복잡한 혼합 탄화수소를 생산하는 시스템보다 더 효과적인 대안이라고 주장했습니다. 수소와 산소를 전기 분해 하는 방식은 폭발성이 강한 수소 가스를 따로 분리해야 할 뿐 아니라 저장 보관 하는 과정이 간단하지 않습니다. 실제 화석 연료에 가까운 화학 물질 역시 여러 단계의 정제 및 처리가 필요해 경제성이 떨어집니다. 반면 포름산은 쉽게 정제해 연료 전지 등 여러 가지 용도로 사용이 가능합니다. 연구팀이 사용한 코발트 기반 촉매는 희토류 원소를 사용하지 않아 비용이 저렴하고 대량 생산이 가능합니다. 



 다만 포름산만 만들 수 있다는 점은 약점이라고 할 수 있는데, 연구팀은 더 다양한 태양 에너지 기반 연료 및 화학 물질을 생산할 수 있는 촉매 시스템을 개발 중입니다. 화석 연료 대신 태양 에너지 기반 화학 공업이 가능할지 궁금해지는 소식입니다. 




 참고 



https://techxplore.com/news/2020-08-wireless-device-fuel-sunlight-carbon.html


Molecularly engineered photocatalyst sheet for scalable solar formate production from carbon dioxide and water, Nature Energy (2020). DOI: 10.1038/s41560-020-0678-6 , www.nature.com/articles/s41560-020-0678-6
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