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






댓글

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...