기본 콘텐츠로 건너뛰기

이산화탄소를 이용해 메탄을 만드는 그래핀 양자점 촉매



 (University of Cincinnati chemical engineering student Tianyu Zhang holds up a vial of graphene used as a catalyst to convert carbon dioxide into methane. Credit: Andrew Higley/UC Creative)





(An experimental reactor uses graphene quantum dots as a catalyst to convert carbon dioxide into methane. Credit: Andrew Higley/UC Creative)



 이산화탄소를 이용해서 합성 연료나 기타 유용한 물질로 변환하기 위한 연구가 한창입니다. 온실가스 감축을 위해 이산화탄소를 분리해서 다시 매립하는 방식은 상당한 비용과 에너지를 필요로 합니다. 따라서 이산화탄소를 다른 유용한 분야에 자원으로 재활용해 비용을 회수하고 온실가스도 줄일 수 있다면 일석이조가 될 것입니다. 



 신시네티 대학의 징제 우 교수(UC College of Engineering and Applied Science assistant professor Jingjie Wu)가 이끄는 연구팀은 이산화탄소를 바로 메탄 가스로 변환시키는 효율성 높은 촉매를 개발했습니다. 이산화탄소를 수소와 반응시켜 메탄을 얻는 사바티에 반응 (Sabatier reaction)은 이미 19세기 말에 알려졌습니다. (CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O) 



 과학자들은 사바티에 반응을 이용하면 수소와 이산화탄소를 이용해 수소보다 저장과 수송이 용이한 메탄을 얻을 수 있다는 점에 주목했습니다. 하지만 사바티에 반응을 위해서 고온 고압 환경이 필요하기 때문에 에너지 소모가 일어나고 수율이 생각보다 높지 않다는 문제점이 있었습니다. 더구나 촉매에 따라 메탄 이외에 다른 탄화수소가 생산되는 경우도 있었습니다. 



 연구팀이 개발한 그래핀 양자점 (graphene quantum dot) 촉매는 선택적으로 메탄만 생성할 뿐 아니라 효율도 70% 정도로 높다는 장점이 있습니다. 하지만 연구팀이 그리는 미래는 단순히 이산화탄소의 자원화가 아닙니다. 연구팀이 주목하는 응용 분야는 바로 우주 개발입니다. 



 이 방법을 이용하면 우주 비행사가 내쉬는 이산화탄소와 물만 있으면 우주선이나 우주 정거장에서 메탄 연료를 합성할 수 있습니다. 그리고 대기의 대부분이 이산화탄소인 화성에서 물만 확보할 수 있다면 저장이 용이한 메탄 연료를 대량으로 생산할 수 있습니다. 



 물론 상용화는 아직이지만, 화성의 대기를 이용한 연료 생산은 현재 기술로도 충분히 가능한 일입니다. 효율이 높고 메탄만 선택적으로 생산할 수 있는 촉매가 있다면 상당한 도움이 될 것으로 기대됩니다. 참고로 연구팀은 메탄 대신 에틸렌 같은 다른 물질을 생산할 수 있는 그래핀 양자점 촉매도 개발 했습니다. 앞으로 응용이 기대되는 분야 중 하나입니다. 


 

 참고 



https://phys.org/news/2021-09-carbon-dioxide-reactor-martian-fuel.html


 Tianyu Zhang et al, Regulation of functional groups on graphene quantum dots directs selective CO2 to CH4 conversion, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25640-1
라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다...
댓글 4개
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-te...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기