포름산 분해 고효율 촉매 개발 … 대규모 수소저장 시스템 개발 기대
화학뉴스 2012.07.03
일본 산업기술종합연구소가 미국 Brookhaven National Laboratory(BNL)과 공동으로 이산화탄소(CO2)와 포름산을 상호 변환하는 고효율 촉매를 개발했다.
상온상압의 물속에서 수소가스와 CO2를 효율적으로 반응시켜 포름산을 생성ㆍ분해해 고체고분자형 연료전지에 적합한 고압수소를 공급한다. 광합성의 암반응처럼 CO2에서 수소를 환원해 저장할 수 있다면 수소에너지사회 실현에 기여할 뿐만 아니라 CO2를 효과적으로 이용할 수 있게 된다. CO2를 수소화해서 얻을 수 있는 포름산은 에너지 밀도가 비교적 높아 상온에서 액체 상태이기 때문에 저장ㆍ운반이 용이한 수소저장 소재로써 연구개발이 이루어져 왔다. 그러나 CO2 변환 프로세스가 고온ㆍ고압조건이 필요해 에너지 소비량이 많아 수소저장ㆍ방출에 따른 변환반응의 에너지 효율을 크게 개선시키는 촉매 개발이 요구되어져 왔다. 산업기술종합연구소는 Proton 응답형 촉매를 사용해 세계에서 처음으로 수중 상온ㆍ상압 조건에서 CO2와 수소를 가지고 포름산을 제조하고 반대로 포름산을 분산해 일산화탄소(CO)가 전혀 포함되지 않은 수소를 세계 최고의 효율로 방출시키는 것에도 성공했다. Proton 응답형과 Proton Relay형을 조합시킨 신형 촉매는 산업기술종합연구소의 촉매 노하우와 BNL의 인공광합성 촉매의 반응메커니즘 해석과 Proton Relay를 표본으로 하는 수소 활성화 기술을 조합시킨 개발이다. Proton 응답형의 수산기(Hydroxyl Group, -OH)를 이리듐(Iridium) 근처에 배치하고 수소 분자를 이리듐과 수산기 산소원자의 상호작용을 이용하여 활성화시켰으며, 연료전지전극의 성능을 떨어뜨리는 CO를 발생시키지 않고 거의 완전히 분해할 수 있다. 고성능 촉매 개발로 CO2를 이용한 대규모ㆍ저코스트 수소저장 시스템 개발이 기대되고 있다. 산업기술종합연구소는 고압가스를 공급할 수 있는 신형촉매의 특성을 이용해 CO2 분리장치와 결합한 포름산 연속분해에 따른 고순도 수소 제조장치 개발에 들어갔다. 앞으로 한층 더 촉매의 고효율화, 저코스트화를 추진해 물, CO2를 가지고 에너지 저장물질을 만드는 완전한 인공광합성시스템 구축을 목표로 하고 있다. <화학저널 2012/07/03> |
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