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이산화탄소를 흡수하는 솔라 스펀....

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글쓴이 최고관리자 등록일 13-04-16 19:54
조회 790
    석탄 발전소(coal power station)에서 배출되는 배기가스가 다량의 이산화탄소(carbon dioxide)를 흡수하는 새롭고 에너지 효율적인 재료를 사용하여 비약적으로 감소될 수 있을 전망이다. 이후 흡수된 이산화탄소는 일광에 노출될 때 배출된다.

    호주 모나쉬 대학(Monash University) 연구진과 호주 국립 과학 산업 연구원(CSIRO; Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) 소속의 연구진은 최초로 기체 저장에 이례적인 능력을 지니는 광학적으로 민감한 금속 유기 골격 구조(MOF; metal organic framework)를 증명했다. 연구진의 새로운 발견은 이산화탄소의 포획, 저장 및 재활용 등을 수행하는 강력하고 비용 효율적인 신규 도구의 창출로 이어질 것으로 기대된다.

    연구진은 자연적인 일광을 동력으로 사용하여 이산화탄소를 포획하고 방출하는 솔라 스펀지(solar sponge)의 개발과 관련된 연구를 과학 저널인 Angewandte Chemie에 발표했다. 연구진이 거둔 혁신적인 성과는 재생 에너지를 사용하여 이산화탄소 배기가스를 재활용하는 새로운 방안을 제시했다는 점이다. 스펀지는 이산화탄소를 흡수하는 MOF라고 불리는 스마트 재료로 만들어지며, 이산화탄소를 흡수한 스펀지는 일광에 노출되는 동시에 이산화탄소를 방출한다.

    저장된 탄소를 방출시키기 위하여 일광을 이용함으로써, 새로운 재료는 현재 수행되고 있는 에너지 집약적인 탄소 포획과 관련된 비용과 비효율성 문제를 극복할 수 있다. 현재의 기술은 액체 포획 재료를 이용하고, 이후 저장으로부터 이산화탄소를 배출하기 위하여 연장된 공정에서 이산화탄소를 흡수하는 액체 재료를 가열시킨다.

    즉, 이산화탄소를 포획하기 위한 전통적인 공정은 석탄 발전소에서 배기가스를 대기로 배출하기 전 배연가스를 제거하기 위하여 아민과 같은 액체 흡착제를 사용한다. 이후 배연가스를 흡수한 액체 흡착제는 가열되어 저장된 이산화탄소를 방출하여 재활용한다. 이 공정은 동력 발전소의 생산 용량의 30% 가량의 에너지를 소비할 수 있다.

    모나쉬 대학 화학 공학부 부교수인 Bradley Ladewig는 MOF가 온실가스 감축 기술에 놀랄만한 발전을 가져왔다고 밝혔다. MOF는 최초로 이산화탄소의 배출을 촉진하기 위하여 일광을 이용하는 탄소 포획 시스템을 고안하는 새로운 기회의 장을 열었다고 Ladewig 교수는 밝혔다. MOF가 탄소 포획 기술에서 큰 변화를 가져왔다고 Ladewig 교수는 덧붙였다.

    유망하고 새로운 재료군인 MOF는 유기 분자에 의해 연결된 금속 원자의 클러스터로 이루어져 있다. 1그램 내에 축구장 전체를 아우를 수 있는 정도의 이 재료가 가지는 매우 높은 내부 표면적 덕분에, MOF는 많은 부피의 기체를 저장할 수 있다. MOFs는 재료 1그램당 약 1리터에 해당하는 질소 기체를 흡수한다. 이러한 사실은 기체가 전체 내부 표면적 내에 스펀지처럼 흡수될 수 있다는 것을 의미한다.

    다이내믹 광-전환(dynamic photo-switching)이라고 알려진 이러한 포획-방출 방안은 에너지 효율성이 매우 우수하고 배연가스의 혼합물로부터 이산화탄소를 포획한 후 자외선 빛(UV light)만으로 이산화탄소의 방출을 촉진할 수 있다. 박사 과정 학생인 Richelle Lyndon과 이 논문의 주저자는 다이내믹 광-전환 기술이 일광에 민감한 아조벤젠(azobenzene) 분자를 이용하여 구축됐다고 밝혔다. MOF는 스펀지를 짜내는 것과 마찬가지로 일광에서 찾아볼 수 있는 빛(light)이 조사될 때 흡수된 이산화탄소를 방출할 수 있다고 Lyndon은 밝혔다. CSIRO 연구진은 MOF 스펀지가 자외선에 노출될 때 저장된 이산화탄소의 약 64%까지 즉각적으로 방출한다는 것을 보여주었다.

    연구진이 발견한 MOF는 특히 이산화탄소에 대하여 친화도(affinity)를 가진다. 그러나 빛에 반응하는 분자는 다른 MOFs와 결합될 가능성이 있으며, 이러한 특징으로 인하여 다른 기체에 적합한 포획 및 방출 기술을 구축할 수 있다.

    CSIRO 소속의 Professor Matthew가 주도하는 연구진은 현재 산업 환경에 적합한 수준으로 이산화탄소의 효율성을 증가시키기 위하여 재료를 최적화할 계획이다. 이 연구는 SIEF(Science and Industry Endowment Fund)의 후원으로 수행됐다.

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