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ACS ES&T, 폐수에서 수소 생산하는 촉매 기술 개발

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ACS ES&T, 폐수에서 수소 생산하는 촉매 기술 개발

코발트 산화물과 이산화 티타늄 결합으로 폐수 분해 동시에 수소로 변환

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폐술르 정화하고 물에서 산소를 생산해내는 모습. 사진=사이테크 데일리
폐수(廢水)도 정화하고 동시에 수소 연료도 생산하는 촉매 기술이 개발됐다.

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

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

태양에너지를 활용해 물을 분해하고 수소 연료를 만드는 것은 유익하지만 생산 과정에 촉매를 사용해 속도를 내는 경우에 시간이 많이 필요했다. 경우에 따라 알코올이나 설탕을 첨가해 수소 생산 속도를 높였지만 수소가 생성됨에 따라 화학 물질이 발생하는 문제가 있었다.
◇ 폐수의 오염 물질을 사용하는 수소 연료 생산

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

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

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

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

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


박정한 글로벌이코노믹 기자