케임브리지 대학교와 캘리포니아 대학교 버클리의 과학자들은 페로브스카이트 기반의 빛 흡수와 촉매로서의 미세한 구리 "나노꽃"을 결합한 자연에서 영감을 받은 방법을 사용하여 공기 중의 CO2를 제거하고 이를 지속 가능한 연료로 전환하는 혁신적인 "인공 잎"을 개발했습니다.
구리 나노꽃을 촉매로 사용
구리 나노플라워는 인공 잎 시스템에서 중요한 역할을 하며, 에탄과 에틸렌과 같은 두 개의 탄소 원자를 가진 복잡한 탄화수소의 형성을 가능하게 합니다. 단일 탄소 분자만을 생성하는 전통적인 금속 촉매와 달리, 이러한 미세한 구리 구조는 CO2를 더 가치 있는 다탄소 제품으로 전환하는 데 도움을 줍니다. 나노플라워의 독특한 특성은 3차원 구조와 높은 표면적에서 비롯되며, 이는 촉매 활성을 향상시킵니다. 이러한 구리 촉매를 페로브스카이트 기반 광 흡수체 및 실리콘 나노와이어 전극과 결합함으로써, 연구자들은 이전의 인공 잎 시스템에 비해 효율성을 200배 증가시키는 데 성공했습니다. 이 혁신은 지속 가능한 연료 생산을 진전시킬 뿐만 아니라, 약품 및 화장품에 응용될 수 있는 글리세레이트, 락테이트, 포메이트와 같은 가치 있는 부산물도 생성합니다.
페로브스카이트 기반 태양광 흡수체
페로브스카이트 기반 태양광 흡수체는 차세대 태양전지 기술로 떠오르고 있으며, 높은 효율성과 낮은 생산 비용을 제공합니다. 이러한 재료는 일반적으로 유기-무기 혼합 납 또는 주석 할라이드로 구성되어 있으며, 뛰어난 빛 수확 능력을 보여줍니다. 페로브스카이트 태양전지의 주요 장점은 다음과 같습니다.
- 단일 접합 구조에서 최대 25.7%, 실리콘 기반 탠덤 셀에서 29.8%에 이르는 높은 전력 변환 효율
- 저비용 원자재와 인쇄 기술을 포함한 간단한 제조 공정
- 작은 엑시톤 결합 에너지와 긴 전하 운반자 확산 거리와 같은 우수한 광전자 특성
- 유연한 기판과의 호환성으로 가볍고 구부릴 수 있는 태양광 모듈 구현 가능
이러한 이점에도 불구하고, 연구자들은 페로브스카이트 기반 태양광 흡수체의 상업적 대규모 채택을 실현하기 위해 장기적인 안정성과 환경 적합성과 관련된 문제를 적극적으로 해결하고 있습니다.
산업 배출가스로부터 탄소 포집
산업 배출가스로부터의 탄소 포집은 시멘트 및 철강 생산과 같은 고배출 부문에서 온실가스 배출을 줄이기 위한 중요한 기술입니다. 미쓰비시 중공업 엔지니어링이 개발한 KM CDR Process™는 다양한 배출원으로부터 90% 이상의 CO2를 고순도(>99.9%)로 회수할 수 있습니다. 이 기술은 KS-1™ 및 KS-21™과 같은 독자적인 아민 용매를 사용하며, 이는 우수한 CO2 흡수 성능과 분해 저항성을 제공합니다.
탄소 포집의 최근 발전에는 산업 배출가스 흐름 온도(약 300°C)에 가까운 온도에서 CO2를 포집할 수 있는 열적으로 안정적인 금속-유기 골격체(MOFs)의 개발이 포함됩니다. 이 혁신은 포집 전에 배출가스를 냉각시키기 위해 일반적으로 요구되는 높은 에너지와 물 수요 문제를 해결합니다. 또한, 연구자들은 포집된 CO2를 지속 가능한 연료로 전환할 수 있는 태양광 기반 반응기를 탐구하고 있으며, 이는 전통적인 탄소 포집 및 저장 방법에 비해 탄소 관리에 더 순환적인 접근 방식을 제공할 가능성이 있습니다.
이산화탄소로부터 연료
인공 잎 시스템은 광합성을 모방한 과정을 통해 CO₂를 귀중한 다탄소 연료와 화학물질로 전환합니다. 페로브스카이트 기반의 광 흡수체와 구리 나노플라워 촉매를 결합함으로써, 이 장치는 에탄 및 에틸렌과 같은 복잡한 탄화수소를 생산할 수 있으며, 이는 연료, 화학물질 및 플라스틱의 필수 구성 요소입니다. 이 태양광 기반 공정은 햇빛, 물, 글리세롤만을 입력으로 사용하여 추가적인 탄소 배출 없이 청정 연료를 생산합니다.
전환 공정의 주요 특징
- 물 분해 대신 글리세롤 산화를 활용하여 효율성을 높이고 가치 있는 부산물을 생성
- 이전 방법에 비해 200배 향상된 효율성
- 특정 제품을 생산하기 위해 촉매 표면적을 조정할 가능성
- 자동차 엔진에서 사용할 수 있는 액체 연료의 직접 생산
현재 개념 증명 장치는 효율이 낮지만, 지속적인 연구를 통해 연료 생산을 증가시키고 궁극적으로 대규모 구현을 위해 광 흡수체와 촉매를 최적화하는 것을 목표로 하고 있습니다.
추천 주식 티커 5개
- TSLA (Tesla, Inc.) - 전기차 및 태양광 에너지 부문에서 선도적인 기업으로, 지속 가능한 에너지 기술에 대한 투자 기회 제공.
- ENPH (Enphase Energy, Inc.) - 마이크로인버터 및 태양광 에너지 저장 시스템을 전문으로 하며, 페로브스카이트 기술 발전과 관련된 기업.
- BE (Bloom Energy Corporation) - 연료전지 기술을 활용한 친환경 에너지 생산 기업으로, 탄소 포집 및 재생 에너지 저장 기술 개발.
- PLUG (Plug Power, Inc.) - 수소 연료전지 솔루션을 개발 및 판매하는 기업으로, 지속 가능한 연료 개발과 관련된 혁신 기업.
- SEDG (SolarEdge Technologies, Inc.) - 태양광 발전 최적화 기술을 보유한 기업으로, 차세대 태양광 시스템과 에너지 관리 솔루션을 제공.