연구진, 수소 생산과 물 정화 동시에 하는 방법 찾았다

저렴하고 쉽게 생산되는 촉매는 독립형 에너지 솔루션에 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 프로세스에 연료를 공급합니다.

2023년 4월 24일 Adrianna MacPherson 작성

University of A 연구진이 발견한 새로운 촉매를 사용하는 연료전지에서는 공급된 물이 촉매와 반응하여 수소와 식수를 생성합니다. (사진: 암흑물질 재료)

앨버타 대학 연구진은 전력 생산과 물 정화 방법에 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 촉매를 개발했습니다. 어떤 종류의 물에 넣어도 소량의 전력만 공급되면 촉매는 마셔도 안전한 증류수와 함께 연료전지에 공급되어 전기를 생산할 수 있는 수소를 생성합니다.

촉매는 로빈 해밀턴(Robin Hamilton)이 폐기물 바이오매스 재활용 프로젝트에 참여하는 학부생을 위한 전극을 만들 때 거의 전적으로 우연히 발견되었습니다. 그는 다음 날 감방을 완성할 생각으로 여러 가지 분말을 섞은 다음 물에 하룻밤 동안 담가 두었습니다. 그가 아침에 돌아왔을 때, 혼합물은 거품이 일고 있었는데, 이는 극히 평범하지 않은 반응이었습니다.

“결국 이 두 가지를 함께 섞으면 상호작용하고 함께 작용하여 수소가 나옵니다. 그것은 우리를 당황하게 만들었습니다.”라고 화학과의 수석 연구원인 Hamilton은 말합니다.

해밀턴은 화학 교수인 Jeff Stryker와 Jonathan Veinot와 상담하여 예상치 못한 발견을 공유하고 각자의 전문 지식을 활용했습니다. 팀은 놀라운 것을 손에 쥐고 있다는 것을 빨리 깨달았습니다. 특정 분말 조합이 새로운 유형의 촉매 역할을 할 수 있다는 것입니다.

그들이 만든 촉매는 독성이 없고 풍부한 물질로 만들어졌습니다. 생산이 쉽고 저렴하므로 비싸고 공급이 제한된 재료가 필요한 현재 시장의 촉매에 대한 저렴하고 접근 가능한 대안이 됩니다.

그들의 촉매는 또한 모든 유형의 물과 함께 사용될 수 있으며, 이는 물 전기분해와 같은 현재의 수소 생성 방법보다 우위를 점할 수 있는 또 다른 요소입니다.

해밀턴은 “식수가 부족하고 이것이 수소를 생성하기 위한 물 전기분해의 가장 큰 문제입니다. 깨끗한 물을 사용해야 합니다.”라고 말합니다. “이것으로는 그렇지 않습니다. 우리는 더럽고 마실 수 없는 것을 가져다가 연료전지에서 수소와 전기를 생산합니다. 그리고 마실 수 있는 물이 뿜어져 나옵니다.”

“물을 정화하면서 오일샌드 찌꺼기 연못을 사용 가능한 연료로 바꿀 수 있습니다. 사실이라고 하기에는 너무 좋은 것처럼 들리지만 그렇지 않습니다.”라고 Veinot은 덧붙입니다.

촉매는 현재 사용 가능한 촉매를 크게 개선한 것 외에도 일반적으로 에너지 집약적인 공정을 훨씬 낮은 온도와 적은 에너지 투입으로 달성할 수 있는 공정으로 변환합니다.

새로운 촉매 구동 공정은 또한 산소를 거의 발생시키지 않아 현재 방법보다 휘발성이 적습니다. 해밀턴의 설명에 따르면, 수소 연료전지를 사용할 때 수소를 생성하는 가장 일반적인 방법은 물 전기분해를 이용하는 것입니다. 이 과정은 물을 수소와 산소로 분리한 뒤 연료전지에서 재결합시켜 전기를 생산하는 과정이다.

“수소와 산소를 혼합하여 특정 농도에 도달하면 폭발성 혼합물이 됩니다. 그러므로 안전하게 사용하기 위해서는 분리해야 합니다. 우리의 방법을 사용하면 일반적으로 사용되는 고가의 분리막 없이 산소를 격리하고 수소를 생성하여 연료 전지에 직접 넣을 수 있습니다. 분리할 필요가 없습니다.”라고 Hamilton은 말합니다.

“기본적으로 수요에 따라 원하는 연료로 전환될 수 있는 물을 정원 호스에 공급하는 것을 생각해 보십시오. 이는 운송 수단, 저장 공간, 부정적인 폭발 가능성을 없애줍니다.”라고 Veinot은 덧붙입니다.

연구원들은 처음에는 천연 가스와 식수에 대한 접근이 문제가 될 때 외딴 지역 사회를 돕거나 재난 구호에 도움이 될 수 있는 독립형 장치를 제작하는 방법을 모색하고 있습니다. 그들은 상대적으로 작고 사용하기 쉬운 올인원 시스템을 구상하고 있습니다. “소다스트림과 비슷하지만 탄산 음료를 얻기 위해 CO2를 분출하는 대신 연료 전지에 들어가는 가스 배출 수소입니다. 힘을 생성하는 것입니다.”라고 해밀턴은 말합니다.