Credit: Argonne National Laboratory
촉매는 화학반응을 가속시키기 때문에 오늘날의 산업에서 빼놓을 수 없습니다.예를 들어, 중유를 휘발유와 제트 연료로 변환하는 데에도 촉매제는 필수적입니다.
미국 에너지성의 아르곤느 국립 연구소의 디저·루 씨등의 연구팀은 이산화탄소와 물을 고효율·저비용으로 에탄올로 변환하는 새로운 전극 촉매를 발견했습니다.
"에탄올은 미국 휘발유에 함유된 성분이기도 하며 화학, 제약, 화장품 산업에 널리 사용되고 있습니다"새로운 발견으로 이렇게 수요가 높은 연료를 산업의 배기가스(이산화탄소)로부터 생성할 수 있게 되었습니다.
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촉매는 화학반응을 가속화시키기 때문에 필요하며,그 반응에는 다양한 패턴이 있습니다.
예를 들어 수소와 산소를 유리 용기에 넣고 가열해도 반응하는 일은 없지만 여기에 소량의 구리를 넣고 가열하는 것만으로 신속하게 물이 생성됩니다.
이때 구리는 소비되지 않습니다.구리는 '가하는 것만으로 반응을 가속시키는' 편리한 물질로 작용하고 있습니다.물론 구리도 화학반응을 일으키고 있습니다.
언뜻 변화가 없는 것처럼 보이지만, 실은
「Cu → CuO → Cu」와 같은 싸이클을 거치며,
「2Cu + O2 → 2CuO」와 「CuO + H2 → H2O + Cu」의
2가지의 화학반응을 동시에 일으킵니다.
구리는 산화동을 거쳐 구리로 되돌아오고 그 과정에서 산소와 수소가 물로 변환되는 것입니다.
이처럼 '화학반응에 의해 사이클을 만들어내고 그 과정에서 다른 물질을 생성하는' 것을 촉매라고 부릅니다.참고로 전기화학 반응에서의 촉매는 전극 촉매라고도 합니다.
촉매반응은 이 외에도 많이 존재하지만 산업에 이용할 수 있는 실용적인 촉매반응을 찾게 되었습니다.
이산화탄소와 물로부터 에탄올을 생산하는 촉매를 발견!
청정연료 생성이 요구되는 가운데 연구팀은 이산화탄소와 물을 연료로 에탄올로 변환하는 새로운 전극 촉매를 발견했습니다.
새로운 전극 촉매는 탄소 분말 담체(물질을 고정하는 토대) 위에 원자상으로 분산시킨 구리로 구성되어 있습니다.
이 촉매는 전기화학반응을 통해 이산화탄소와 물분자를 분해하고 에탄올을 재구축할 수 있습니다.
Credit: Argonne National Laboratory
참고로 패러데이 효율(전극에서 흘러나온 전자 중 목적 반응에 사용된 비율)은 90% 이상으로 다른 보고된 프로세스보다 매우 높은 효율을 보이고 있습니다.
본래 이산화탄소는 안정된 분자이기 때문에 그것을 다른 분자로 변환하려면 많은 에너지가 필요합니다.
그러나 새로운 촉매 반응은 저온·저전압으로 장시간 안정적으로 동작하기 때문에, 태양광이나 풍력등에서 얻을 수 있는 저비용의 전력에서도 동작 가능.재생 가능 전력의 단속적인 공급에 따라 신속하게 개시하거나 정지할 수 있게 되었습니다.
Credit: Argonne National Laboratory
또한 루 씨는 새로운 촉매에 의한 과정은 이산화탄소의 재이용을 수반하는 순환 탄소 경제에 기여할 것이라고 말해 산업 프로세스에 의해 배출되는 이산화탄소를 타당한 비용으로 액체 연료로 변환하는 것의 이점을 강조했습니다.
향후 연구팀은 이 기술을 발전시키기 위해 산업계와 협력하여 연구를 계속해 나갈 예정입니다.
이 연구는 7월 28일 "Nature Energy"에 게재되었습니다.
Highly selective electrocatalytic CO2 reduction to ethanol by metallic clusters dynamically formed from atomically dispersed copper https://www.nature.com/articles/s41560-020-0666-x
reference: phys / written by ナゾロジー編集部
https://coupa.ng/bL8tgR
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