<사진. 연구원들은 브라질 매립지에서 악취가 나는 가스들을 향후 청정 수소 연료로 전환할 수 있는 촉매를 개발했다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

악취 가스의 청정 에너지 전환

악취가 나고 공기를 오염시키는 쓰레기 매립지 가스를 변형시키는 새로운 기술은 가정용, 사무실용, 병원용으로 청정 전기를 발전시키는 연료 전지의 개발을 이끌어 낼 수 있을 것이다. 이 발견은 효율적이고 청정한 에너지 형태인 수소로 메탄 가스를 전환할 수 있다.

연구팀의 보고서는 세계에서 가장 큰 과학 협회인 미국 화학 협회(American Chemical Society; ACS)의 28번째 국제적 학회의 일부이다. 수 천 명의 과학자들이 참석한 이 학회는 과학 및 다른 주제의 새로운 진보에 대한 12000개의 학술 보고들로 가득 찼다.

최근 수소가 탈 때 주된 온실 가스는 이산화탄소를 방출하는 화석 연료 대신 청정 대체 가스로 주목을 많은 받고 있다. 여기서, 수소는 탈 때 물증기만을 방출한다. 이러한 이유로 몇몇 회사들은 자동차, 가정에서 사용 가능한 수소 원료 전지를 개발하고 있다.

이것을 가능하게 하는 또 다른 방법은 이산화탄소와 반응함으로써 다른 온실 가스인 메탄을 수소로 전환하는 것이다. 냄새나는 쓰레기 매립지는 부산물로서 어마어마한 양의 이산화탄소 및 메탄을 발생시키는 쓰레기 내에서 사는 미생물들이 이러한 가스들의 원인이다.

그러나, 연구팀은 이러한 아이디어를 현실로 만드는 도전들에 대해 고군분투하고 있다. 예를 들어, 정확한 촉매제를 찾는 것은 주요한 장애물이다. 촉매제는 느리게 발생할 수 있는 공정 속도를 높여주는 물질이다. 이러한 경우에, 연구팀은 메탄 및 이산화탄소를 수소 및 일산화탄소로 변하도록 도와주는 촉매제들을 사용하고 있다. 문제는 탄소가 촉매제 위에 증착된다는 것이다. 여기서, 탄소는 공정 동안 오염 물질처럼 형성된다.

연구원들은 쓰레기 매립지에서 수소 발생을 위한 과정의 심장은 촉매제이고, 이는 탄소에 의해 지장을 받을 수 있으며, 이러한 탄소 증착 때문에 촉매제는 매립지 가스들을 수소로 전환하는 능력을 잃는다고 밝혔다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 연구팀은 형성되자마자 탄소를 제거하는 새로운 촉매 물질을 개발하였다. 이러한 접근은 차와 트럭 배출을 조절하기 위해 과거에 개발되었던 자동차 촉매제에 기반한다. 이 물질은 세라믹의 구성성분인 산화세륨을 지지하는 페로브스카이트 형 산화물이다.

현재 연구팀은 연구실에서 반응에 대한 연구를 하고 있지만, 새롭고 훨씬 안정적인 촉매제가 상업화를 위하여 필요하다고 한다. 이러한 방향으로의 단계로서 연구팀은 지역 매립지로부터 물질을 이용하여 더 큰 규모로 시험할 계획이다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr