많은 에너지 응용 분야의 친환경 인증을 강화하는 더 나은 금속 산화물
날짜:
2022년 9월 1일
원천:
임페리얼 칼리지 런던
요약:
연구원들은 금속 산화물을 사용하여 친환경 제조, 탄소 포집, 에너지 저장 및 가스 정화의 주요 장애물을 해결했습니다.
금속 산화물은 이산화탄소(CO 2 ) 배출을 줄이는 공정에서 중요한 역할을 하는 화합물입니다. 이러한 프로세스에는 탄소 포집, 활용 및 저장(CCUS), 태양광 패널 제조에서 불활성 가스 정화 및 재활용, 열화학 에너지 저장, 에너지용 수소 생산이 포함됩니다.
이러한 과정은 산화환원 반응으로 알려진 금속 산화물이 전자를 얻고 잃는 반응을 기반으로 합니다. 그러나, 금속 산화물의 성능은 화학 제조에 필요한 고온에서 산화 환원 반응에 의해 저하됩니다.
이제 Imperial College London이 이끄는 팀은 고온에서 더 나은 성능을 발휘하는 구리 기반 금속 산화물을 생산하는 새로운 재료 설계 전략을 개발했습니다. 이 기술은 이미 태양광 패널 제조에서 아르곤 재활용에 세계적인 영향을 미치고 있으며 기후 위기에 맞서 싸우는 기존 에너지 기술에서 더 많은 전력을 끌어내는 데 도움이 될 것으로 예상됩니다.
임페리얼 화학 공학부의 선임 저자인 Dr Qilei Song은 "세계가 순 제로로 전환함에 따라 탈탄소화를 위한 보다 혁신적인 산업 프로세스가 필요합니다. 에너지 안보를 강화하려면 재생 가능 에너지 생성에서 전력 공급을 다양화해야 합니다. CCUS 기술로 화석 연료를 청정하게 사용하기 위한 저장입니다. 우리의 개선된 금속 산화물은 순 제로에 도달하는 데 도움이 되는 에너지 프로세스에서 사용할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다."
논문은 Nature Communications 에 게재되었습니다 .
프로세스 선택 해제
금속 산화물은 화학적 순환 연소(CLC)라고 하는 비교적 새로운 공정의 핵심 역할을 합니다.
CLC는 구리 산화물과 같은 금속 산화물을 사용하여 공기에서 산소를 운반하여 연료와 반응하는 화석 연료를 태우는 대체 방법입니다. 반응은 CO 2 와 증기를 생성하며, 이는 CO 2 가 대기로 유입되는 것을 방지하기 위해 CO 2 를 효율적으로 포집할 수 있도록 응축됩니다.
CLC는 생성되는 CO 2 를 포집함으로써 사람들이 보다 깨끗한 방법으로 화석 연료를 사용할 수 있도록 도울 수 있으며 이미 EU, 미국, 중국에서 사용되고 있습니다.
그러나 CLC를 더 큰 규모로 사용하지 못하게 하는 주요 문제는 고온에서 여러 번 산화환원 사이클에 걸쳐 우수한 산소 방출 성능을 유지하지 못하는 금속 산화물입니다.
이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 CLC에 사용된 금속 산화물의 기본 구조를 조사했는데, 이는 금속 산화물에 대한 전구체 화학이 제대로 이해되지 않아 합리적인 설계에 제한이 있다고 추론했습니다.
공저자인 Imperial's Department of Chemical Engineering의 PhD 후보자인 Michael High는 다음과 같이 말했습니다. 기초 연구와 스마트 디자인을 결합하여 광범위한 엔지니어링 프로세스에 적용할 수 있는 전략을 생성합니다."
그들은 구리-마그네슘-알루미늄 층상 이중 수산화물(LDH)로 구성된 잘 알려진 전구체로부터 금속 산화물 구조를 조작하는 대안적인 방법을 사용했습니다. LDH 전구체의 화학적 성질을 조정함으로써 연구원들은 현저하게 높은 온도에서도 여전히 잘 작동할 수 있는 금속 산화물을 생성할 수 있음을 발견했습니다. 그들은 산화물을 유동층 반응기로 알려진 널리 사용되는 유형의 반응기에서 65시간 동안 100번의 화학 주기를 통해 넣어 이를 입증했습니다.
열을 견디는 능력이 더 크다는 것은 이러한 방식으로 생성된 금속 산화물이 태양 전지판 제조, 탄소 포집 및 저장, 화학 에너지 저장, 깨끗한 수소 생산에서 아르곤과 같은 불활성 가스를 정화 및 재활용하는 데 더 많은 전력을 사용할 수 있다는 것을 의미합니다. 이를 보여주기 위해 연구원들은 유동층 반응기에 사용하기 위한 금속 산화물 생산을 확대했습니다. 그들은 이러한 재료를 만드는 것이 간단하고 기존 산업 제조 방법을 사용하여 확장하기에 적합하다는 것을 발견했습니다.
선임 저자이기도 한 화학 공학부의 Paul Fennell 교수는 "2050년까지 세계는 순 탄소 배출량 제로에 도달해야 합니다. 재생 에너지가 빠르게 발전하고 있지만 단기적으로는 산업을 탈탄소화하는 데 적용할 수 있습니다. 우리의 작업은 이 글로벌 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다."
출처 : https://www.sciencedaily.com/