| 베이징대, 촉매화 수소 생성 연구에서 중대한 성과 확보 | ||
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 최근, 베이징(北京)대학교 화학·분자공학대학 마딩(馬丁) 프로젝트팀은 중국과학원대학교 저우우(周武), 중국과학원 산시(山西)석탄화학연구소/중국과학원 합성오일공정유한회사 원샤오둥(溫曉東) 및 다롄(大連)이공대학교 스촨(石川) 등 프로젝트팀과 공동으로 메탄올과 물 액체상 반응으로 수소를 생성할 수 있는 특성에 기반하여 백금(Pt)-탄화몰리브덴 이중 기능 촉매제를 이용한 물 및 메탄올에 대한 고효율 활성화를 통하여 저온(150~190℃)에서 아주 높은 수소 생성 효율을 확보하였다. 본 촉매화 시스템은 차세대 고효율 수소 저장·방출 새로운 시스템에 응용될 전망이다. 해당 연구성과는 베이징대학교 과학기술개발부의 후원으로 특허협력조약(Patent Cooperation Treaty, PCT)을 신청하였으며 관련 성과는 2017년 3월 23일 “Nature”에 게재되었다. 수소 연료전지는 가장 잠재력이 있는 차세대 에너지 공급 시스템이며 해당 시스템은 화학 에너지를 고효율적으로 전기 에너지로 전환시킬 수 있어 항공우주, 자동차 및 기타 고정 및 이동식 에너지 공급 시스템에 광범위하게 응용될 전망을 보인다. 그러나 수소 기체는 화학적 성질이 활발하기에 수소 기체의 저장은 수소 연료전지 응용의 핵심이다. 현재 도요타(Toyota)는 용량이 약 125L이고 압력이 70MPa에 달하는 강철 실린더에 수소를 저장하는 상업화 연료전지 자동차 해결 방안을 제안하였는데 해당 방안은 안정성을 확보할 수 없으며 또한 도시 수소 공급 기초 시설 건설에도 일정한 위험성이 존재하고 있다. 이외에 현재 기타 수소 기체 저장·방출 시스템은 원가가 높거나 저장 용량이 제한되었다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안은 수소 기체를 액체 메탄올에 저장한 후 물과 메탄올의 액상 리포밍 반응(Reforming reaction)을 통하여 원위치(In situ)에서 수소를 생성시켜 연료전지에 공급하여 사용하며 메탄올에 저장된 수소 기체를 방출시킴과 아울러 등몰(Equimolar)의 물을 활성화시켜 부가의 수소 기체를 방출시키는 것이다. 연구팀은 면심 입방 구조(ace centered cubic)의 탄화몰리브덴을 담지한 금속 백금 촉매제를 메탄올과 물액체상 반응에 응용하면 촉매제가 아주 높은 수소 생성 활성을 나타낸다는 것을 발견하였다. 150℃ 조건에서 2,276 molH2/(molPt·h)의 반응 속도로 수소 기체를 방출하며 온도를 190℃로 증가시킬 경우 수소 방출 속도는 18,046 molH2/(molPt·h)에 달하며 기존의 촉매제에 비해 활성이 2개 수량급 증가되었다. 수소 생성 면에서 해당 촉매제는 상업용 차량 탑재 연료전지 요구에 기본적으로 도달하며 오직 6g의 백금으로 수소 생성 속도를 1 kgH2/h에 도달시킨다. 현재 메탄올의 시장 가격[2,400위안/t(한화로 약 388,277원/t)]으로 계산하면 해당 경로로 수소 기체를 저장·방출하는 조건에서 수소 연료전지 자동차는 1Km 달리는데 요구되는 연료 가격이 약 13위안(한화로 약 2,104원)이며 자가용 승용차는 60~80L의 메탄올로 600~1000Km 달릴 수 있다. 해당 연구는 화학적 고효율 수소 저장·방출 새로운 시스템을 구축하여 메탄올을 수소 저장 플랫폼으로 하는 조건에서 분자를 연료전지를 거쳐 전기에너지로 전환하여 이용하는 경로에 새로운 아이디어를 제공하였다. 연구팀은 시스템의 촉매화 성능을 한층 더 개선하고 있으며 또한 산업화 과정을 적극적으로 추진하고 있다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/3/371676.shtm |
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