기타 2008년에 이루어진 녹색연료기술 개발현황 - Green fuel technologies pick up speed in 200…
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- 발행기관
- 뉴사이언티스트
- 저자
- 그린나노
- 종류
- 나노기술분류
- 발행일
- 2009-01-06
- 조회
- 6,955
본문
2008년은 녹색연료를 개발하는 분야에서 비약적인 발전을 이룬 한 해였다. 특히 화석연료의 대안으로 사용할 수 있는 대안적 연료의 개발이 빠르게 이루어지고 있으며 차세대 바이오연료와 전기자동차 개발은 특히 앞으로도 지속적으로 발전할 것으로 보인다. 지난 2008년에 이루어진 주요한 녹색연료개발의 발전상황을 알아봄으로써 내년에 이루어질 수 있는 발전을 예측할 수 있다. 미국 대통령 당선자인 오바마는 내각을 구성하면서 “그린 드림팀(green dream team)”을 발표했다. 하지만 가장 곤혹스러운 문제인 어떻게 좀 더 지속가능한 에너지를 만들어낼 수 있는가에 대한 해결책은 확실하게 제시되지 않고 있다. 그럼에도 불구하고 최근에 이루어진 녹색연료 분야의 혁신을 통해 그 해결책을 찾을 수 있을지도 모른다. 앞으로 우리의 삶에서 새로운 에너지 사용의 혁명을 일으킬 수 있는 발견 중 몇 가지에 대해 돌아볼 필요가 있다.
녹색가스
자동차를 좀 더 친환경으로 만드는 데에는 그다지 복잡한 새로운 아이디어가 필요한 것이 아니다. 노르웨이의 연구자들은 휘발유에서 청정 디젤로 전환하여 이산화탄소 배출량을 1/4까지 줄일 수 있다고 보고한 바 있다(http://www.newscientist.com/article/mg19726411.900-superefficient-car-to-green-up-the-highway.html, “super-efficient car to green up the highway”). 현재 사용하고 있는 연료를 사용하기 전에 좀 더 확실한 정유과정을 거치게 되면 그 결과는 달라지게 될 것이다. 지난 10월에 우리 주변에서 흔하게 발견되는 균류가 원유에서 공기오염과 산성비를 내리게 하는 원인인 해로운 황과 질소입자를 제거할 수 있다는 사실이 밝혀졌다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/ie800494p?cookieSet=1). 이러한 균류 만이 자동차의 탄소배출량을 줄일 수 있는 방법은 아니다. 이어서 발표된 연구에서 아르헨티나의 파타고니아 지역에 존재하는 다른 종류의 균류는 식물의 폐기물을 바로 디젤로 전환시킨다는 사실이 밝혀졌으며 이것은 식용작물을 사용하지 않고 바이오연료를 생산할 수 있는 가능성을 보여주었다(http://mic.sgmjournals.org/cgi/content/abstract/154/11/3319, “The productioin of myco-diesel hydrocarbons and their derivatives by the endophytic fungus Gliocladium roseum” Microbiology 154: 3319-3328).
연료와 식량
바이오연료 생산과정에서 문제가 되는 식량생산비용의 증가는 다른 방법을 통해 해결될 수 있다. 광합성 조류(algae)는 이 문제에 대한 해결책으로 농지에 영향을 주지 않고 바이오연료를 생산할 수 있는 가능성을 보여주었다(http://www.newscientist.com/article/mg19826595.900-algae-oil-promises-truly-green-fuel.html, “Algae oil promises truly green fuel” New Scientist). 또한 바이오연료 생산에 있어서 성배라고 할 수 있는 식물의 폐기물에서 저가의 에탄올을 생산하는 방법이 개발되었다. 옥수수를 수확한 뒤에 그 나머지 줄기와 잎을 소화할 수 있는 박테리아의 유전자에서 생산되는 효소를 가지고 바이오연료를 생산하는 방법이다. 이것은 섬유질이 풍부한 줄기와 잎을 분해할 수 있는 능력을 갖고 있다(http://www.newscientist.com/article/dn13619-biofuel-corn-makes-cow-bug-enzyme-to-digest-itself.html, “Biofuel corn makes cow bug enzyme to digest itself” New Scientist). 심지어 매우 거친 성질을 가지고 있는 나무를 연료로 전환시킬 수 있는 리그닌(목질소, lignin)이 발견되었다. 지난 6월에 연구자들은 새로운 화학적인 반응을 통해 톱밥을 바이오디젤의 선행물질로 사용할 수 있는 방법을 개발했다(http://www.newscientist.com/article/dn14360-chemical-breakthrough-turns-sawdust-into-biofuel.html, “Chemical breakthrough turns sawdust into biofuel” New Scientist).
전기자동차 분야의 발전
전기자동차는 또한 새로운 개발의 대상이 되고 있으며 대부분 기존의 전통적인 차량들과 경쟁할 수 있는 다양한 종류의 전기자동차 개발에 집중되고 있다. 한 가지 중요한 접근 방법은 화학반응을 통해 발생하는 에너지를 저장하는 전지 대신에 전기를 저장하는 울트라 캐퍼시터(ultracapacitors)를 개발하는 것이었다. 이 방법을 통해 즉각적으로 전기를 재충전시킬 수 있게 된다. 탄소 나노튜브와 산화망간을 이용하여 현존하는 울트라 캐퍼시터보다 두 배 정도 더 많은 전기를 저장하고 몇 년 안에 전기자동차에 사용할 수 있는 방법이 개발되었다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl800925j, “Growth of manganese oxide nanoflowers on vertically-aligned carbon nanotube arrays for highrate electrochemical capacitive energy storage” Nano Letters). 전지와 울트라 캐퍼시터는 아직까지 액화연료로 움직일 수 있는 자동차의 운행거리에 미치지 못하고 있다. 하지만 연료전지와 배터리를 결합한 방식의 새로운 디자인을 통해 석유보다 두 배의 에너지를 저장할 수 있는 방안이 개발되고 있다(http://www.newscientist.com/article/dn14401-fuel-battery-could-take-cars-beyond-petrol.html).
하이브리드 자동차
전기와 내부연소엔진을 결합한 하이브리드 자동차는 단기적으로 가장 효율적이고 가장 지속가능한 방식이 될 가능성이 높다. 지난 10월 전통적인 연축전지보다 50% 정도 더 많은 전력을 생산할 수 있으며 네 배 정도 오랫동안 지속되는 새로운 “울트라 배터리”가 개발되었다(http://www.newscientist.com/article/mg20026785.900-revamped-leadacid-battery-could-slash-cost-of-hybrids.html). 이 전지는 반복적으로 충전를 하는 경우에 침천물로 막히지 않고 연료를 사용할 때 지속적으로 전기로 전환시키는 능력을 갖는 것으로 알려지고 있다.
그리고 거대 자동차생산업체들이 지난 몇 년 동안 수소자동차 개발에 많은 투자를 했지만 그 결과는 그다지 성공적이지 못했음에도 불구하고 아직까지 수소자동차 개발을 포기할 단계는 아니다. 자동차 생산업체들은 지속적으로 이 부분에 대한 투자를 하고 있지만 최근 전기자동차 분야로 투자가 전환되고 있는 상황이다. 수소를 좀 더 밀도가 높고 안전하게 저장하기 위한 연구가 계속되고 있다. 새로운 스펀지 형태의 강력한 물질이 지난 10월에 개발되어 수소저장방법을 개선하기 위한 미국 에너지부의 목표를 달성하게 되었다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl801417w, “Pillared grapheme” Nano Letters).
만일 완전한 연료저장탱크가 개발된다면 연료전지의 혁명을 막고 있는 한 가지 난관은 제거될 수 있을 것이다. 하지만 이러한 기술적인 발전이 이루어지기 전에 연료전지의 가격은 하락하게 될 것이다. 현재 촉매제로서 매우 비싼 백금을 사용하고 있지만 저가의 값비싼 금속을 대체한 연료전지의 개발이 12월 말에 이루어지면서 문제는 해결되고 있다(http://www.pnas.org/content/early/2008/12/15/0810041106, “Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from nobel metal catalysts” PNAS).
출처: 뉴 사이언티스트지 12월 29일
참고자료: 지에 실린 ““Growth of manganese oxide nanoflowers on vertically-aligned carbon nanotube arrays for highrate electrochemical capacitive energy storage”의 원문과“Pillared grapheme”의 원문. 그 외 본문에 인용된 각 연구현황에 대한 세부적인 정보는 각 웹사이트에서 찾아볼 수 있다.
* www.ndsl.kr (GTB 참조)
녹색가스
자동차를 좀 더 친환경으로 만드는 데에는 그다지 복잡한 새로운 아이디어가 필요한 것이 아니다. 노르웨이의 연구자들은 휘발유에서 청정 디젤로 전환하여 이산화탄소 배출량을 1/4까지 줄일 수 있다고 보고한 바 있다(http://www.newscientist.com/article/mg19726411.900-superefficient-car-to-green-up-the-highway.html, “super-efficient car to green up the highway”). 현재 사용하고 있는 연료를 사용하기 전에 좀 더 확실한 정유과정을 거치게 되면 그 결과는 달라지게 될 것이다. 지난 10월에 우리 주변에서 흔하게 발견되는 균류가 원유에서 공기오염과 산성비를 내리게 하는 원인인 해로운 황과 질소입자를 제거할 수 있다는 사실이 밝혀졌다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/ie800494p?cookieSet=1). 이러한 균류 만이 자동차의 탄소배출량을 줄일 수 있는 방법은 아니다. 이어서 발표된 연구에서 아르헨티나의 파타고니아 지역에 존재하는 다른 종류의 균류는 식물의 폐기물을 바로 디젤로 전환시킨다는 사실이 밝혀졌으며 이것은 식용작물을 사용하지 않고 바이오연료를 생산할 수 있는 가능성을 보여주었다(http://mic.sgmjournals.org/cgi/content/abstract/154/11/3319, “The productioin of myco-diesel hydrocarbons and their derivatives by the endophytic fungus Gliocladium roseum” Microbiology 154: 3319-3328).
연료와 식량
바이오연료 생산과정에서 문제가 되는 식량생산비용의 증가는 다른 방법을 통해 해결될 수 있다. 광합성 조류(algae)는 이 문제에 대한 해결책으로 농지에 영향을 주지 않고 바이오연료를 생산할 수 있는 가능성을 보여주었다(http://www.newscientist.com/article/mg19826595.900-algae-oil-promises-truly-green-fuel.html, “Algae oil promises truly green fuel” New Scientist). 또한 바이오연료 생산에 있어서 성배라고 할 수 있는 식물의 폐기물에서 저가의 에탄올을 생산하는 방법이 개발되었다. 옥수수를 수확한 뒤에 그 나머지 줄기와 잎을 소화할 수 있는 박테리아의 유전자에서 생산되는 효소를 가지고 바이오연료를 생산하는 방법이다. 이것은 섬유질이 풍부한 줄기와 잎을 분해할 수 있는 능력을 갖고 있다(http://www.newscientist.com/article/dn13619-biofuel-corn-makes-cow-bug-enzyme-to-digest-itself.html, “Biofuel corn makes cow bug enzyme to digest itself” New Scientist). 심지어 매우 거친 성질을 가지고 있는 나무를 연료로 전환시킬 수 있는 리그닌(목질소, lignin)이 발견되었다. 지난 6월에 연구자들은 새로운 화학적인 반응을 통해 톱밥을 바이오디젤의 선행물질로 사용할 수 있는 방법을 개발했다(http://www.newscientist.com/article/dn14360-chemical-breakthrough-turns-sawdust-into-biofuel.html, “Chemical breakthrough turns sawdust into biofuel” New Scientist).
전기자동차 분야의 발전
전기자동차는 또한 새로운 개발의 대상이 되고 있으며 대부분 기존의 전통적인 차량들과 경쟁할 수 있는 다양한 종류의 전기자동차 개발에 집중되고 있다. 한 가지 중요한 접근 방법은 화학반응을 통해 발생하는 에너지를 저장하는 전지 대신에 전기를 저장하는 울트라 캐퍼시터(ultracapacitors)를 개발하는 것이었다. 이 방법을 통해 즉각적으로 전기를 재충전시킬 수 있게 된다. 탄소 나노튜브와 산화망간을 이용하여 현존하는 울트라 캐퍼시터보다 두 배 정도 더 많은 전기를 저장하고 몇 년 안에 전기자동차에 사용할 수 있는 방법이 개발되었다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl800925j, “Growth of manganese oxide nanoflowers on vertically-aligned carbon nanotube arrays for highrate electrochemical capacitive energy storage” Nano Letters). 전지와 울트라 캐퍼시터는 아직까지 액화연료로 움직일 수 있는 자동차의 운행거리에 미치지 못하고 있다. 하지만 연료전지와 배터리를 결합한 방식의 새로운 디자인을 통해 석유보다 두 배의 에너지를 저장할 수 있는 방안이 개발되고 있다(http://www.newscientist.com/article/dn14401-fuel-battery-could-take-cars-beyond-petrol.html).
하이브리드 자동차
전기와 내부연소엔진을 결합한 하이브리드 자동차는 단기적으로 가장 효율적이고 가장 지속가능한 방식이 될 가능성이 높다. 지난 10월 전통적인 연축전지보다 50% 정도 더 많은 전력을 생산할 수 있으며 네 배 정도 오랫동안 지속되는 새로운 “울트라 배터리”가 개발되었다(http://www.newscientist.com/article/mg20026785.900-revamped-leadacid-battery-could-slash-cost-of-hybrids.html). 이 전지는 반복적으로 충전를 하는 경우에 침천물로 막히지 않고 연료를 사용할 때 지속적으로 전기로 전환시키는 능력을 갖는 것으로 알려지고 있다.
그리고 거대 자동차생산업체들이 지난 몇 년 동안 수소자동차 개발에 많은 투자를 했지만 그 결과는 그다지 성공적이지 못했음에도 불구하고 아직까지 수소자동차 개발을 포기할 단계는 아니다. 자동차 생산업체들은 지속적으로 이 부분에 대한 투자를 하고 있지만 최근 전기자동차 분야로 투자가 전환되고 있는 상황이다. 수소를 좀 더 밀도가 높고 안전하게 저장하기 위한 연구가 계속되고 있다. 새로운 스펀지 형태의 강력한 물질이 지난 10월에 개발되어 수소저장방법을 개선하기 위한 미국 에너지부의 목표를 달성하게 되었다(http://pubs.acs.org/doi/pdfplus/10.1021/nl801417w, “Pillared grapheme” Nano Letters).
만일 완전한 연료저장탱크가 개발된다면 연료전지의 혁명을 막고 있는 한 가지 난관은 제거될 수 있을 것이다. 하지만 이러한 기술적인 발전이 이루어지기 전에 연료전지의 가격은 하락하게 될 것이다. 현재 촉매제로서 매우 비싼 백금을 사용하고 있지만 저가의 값비싼 금속을 대체한 연료전지의 개발이 12월 말에 이루어지면서 문제는 해결되고 있다(http://www.pnas.org/content/early/2008/12/15/0810041106, “Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from nobel metal catalysts” PNAS).
출처: 뉴 사이언티스트지 12월 29일
참고자료: 지에 실린 ““Growth of manganese oxide nanoflowers on vertically-aligned carbon nanotube arrays for highrate electrochemical capacitive energy storage”의 원문과“Pillared grapheme”의 원문. 그 외 본문에 인용된 각 연구현황에 대한 세부적인 정보는 각 웹사이트에서 찾아볼 수 있다.
* www.ndsl.kr (GTB 참조)