나노기술 및 정책 정보

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폐수(廢水)도 정화하고 동시에 수소 연료도 생산하는 촉매 기술이 개발됨.

ACS ES&T 엔지니어링 연구원들이 폐수에 존재하는 약물과 기타 화합물을 파괴하고 수소 연료를 생성하는 기술을 개발했다고 사이테크 데일리가 6일(현지 시간) 보도함. 이 기술의 핵심은 화석 연료를 대신해서 햇빛을 사용하여 물에서 수소를 추출하는 것으로 무공해 에너지원을 생산하는 데 있음.

미국은 그동안 예일대를 비롯해 5개 대학에서 광촉매 수처리에 대한 광범위한 연구를 수행함. 과학자들은 30년 전부터 물을 정화하는 데 광촉매 방법을 조사했으며, 지난 2000년 이래로 연구 논문 8000편이 발표됨.

태양에너지를 활용해 물을 분해하고 수소 연료를 만드는 것은 유익하지만 생산 과정에 촉매를 사용해 속도를 내는 경우에 시간이 많이 필요했음. 경우에 따라 알코올이나 설탕을 첨가해 수소 생산 속도를 높였지만 수소가 생성됨에 따라 화학 물질이 발생하는 문제가 있었음.

◇ 폐수의 오염 물질을 사용하는 수소 연료 생산

ACS ES&T 엔지니어링 연구원들은 태양에너지와 함께 폐수의 오염 물질을 사용해 수소 연료 생성을 개선하려고 노력함. 티타늄 기반 촉매를 사용함. 이 촉매는 오염 물질을 제거하고 수소를 생성하는 데 큰 효과가 있었지만, 반응 부위가 겹쳐 효율성이 예상보다 낮았음. 이에 서로 다른 전도성 금속을 융합해서 촉매를 만드는 시도를 했음.

이런 시도를 통해 코발트 산화물과 이산화 티타늄을 결합해 폐수에서 흔한 약물을 분해하는 동시에 물을 효율적으로 수소로 변환하는 데 성공함. 촉매를 만들기 위해 연구원들은 나노 크기의 이산화 티타늄 결정을 얇은 코발트 산화막으로 코팅함. 초기 테스트 결과 이 물질은 많은 수소를 생산하지 못했음. 이후 이 이중 촉매에 백금 나노입자의 중량을 1%로 늘림.

시뮬레이션 된 햇빛이 있는 곳에서 백금 주입 촉매는 두 가지 항생 물질을 분해하고 상당한 양의 수소를 생산함.

한편 연구원들은 실제 폐수, 중국의 강물에서 테스트함. 시뮬레이션 된 햇빛 아래에서 촉매는 여러 가지 시험한 샘플 모두에서 수소를 생산하는 데 성공함. 연구원들은 동 촉매가 폐수 정화는 물론 수소 연료도 생산해 지속 가능한 폐수 처리 옵션이 될 수 있다고 말함.

다만, 아직까지 이 촉매는 수소 생성에 효율적이기는 하지만 비용이 많이 들게 됨. 향후 비용을 줄이는 노력이 성사될 경우 폐수 정화과정에서도 수소를 생산할 수 있는 길이 열리게 된 것임.