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달걀 껍데기 촉매로 활용해 수소와 그래핀 생산한다

2019년 04월 21일 12:00
 

이미지 확대하기달걀 껍데기(왼쪽)와 이 물질을 활용해 만든 그래핀(오른쪽)의 모습이다. UNIST 제공

달걀 껍데기(왼쪽)와 이 물질을 활용해 만든 그래핀(오른쪽)의 모습이다. UNIST 제공

국내 연구팀이 달걀 껍데기를 촉매로 활용해 수소와 그래핀을 생산하는 기술을 개발했다. 쓰레기로 버려지던 달걀 껍데기를 활용해 수소 생산 단가를 낮췄다는 평가다. 


백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀은 달걀 껍데기의 주성분인 탄산칼슘(CaCO₃)으로 산화칼슘(CaO)을 만들어 이를 수소와 그래핀을 만드는 촉매로 활용하는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 


차세대 에너지로 평가받는 수소는 물, 탄화수소, 알코올과 같이 수소를 포함한 물질에서 추출된다. 그 중 알코올은 대량생산이 가능한 친환경 에너지원으로 평가받는다. 식물이나 미생물 등을 발효시켜서 얻기 때문이다. 수소, 탄소, 산소로 알코올의 성분이 이뤄져 있기 때문에 다른 유용한 형태로의 변환도 가능하다. 


수소를 포함한 물질에서 수소를 얻기 위해서는 화학반응을 일으켜야 한다. 알코올의 경우, 700℃ 이상의 높은 온도를 가해 증기로 만들어 수소와 탄소 기반의 물질을 생산한다. 하지만 700℃ 이상의 고온에선 수소 외에도 메탄, 일산화탄소, 에틸렌과 같은 부산물이 발생해 수소만 따로 추출하는 공정이 필요하게 된다. 이에 따라 수소의 생산단가도 올라가게 된다.    


연구팀은 알코올을 이용한 수소 생산과정 단점을 촉매를 사용해 해결했다. 촉매는 화학 반응에 참여해 반응속도를 변화시키는 물질로 기존 수소 생산과정에선 촉매가 사용되지 않았다. 연구팀은 달걀껍데기를 이용해 만든 산화칼슘을 촉매로 활용해 활성화 에너지를 낮췄다.


그 결과 500℃의 온도에서도 수소생산이 가능했다. 생산된 기체 중 99%가 수소인 것으로 나타났다. 함께 생산된 탄소의 경우, 산(acid)으로 산화칼슘을 제거해 그래핀으로도 합성이 가능했다. 또 부산물로 배출된 이산화탄소를 탄산칼륨으로 변환이 가능한 것으로 나타났다.  


백 교수는 “산화칼슘은 값싼 물질인 데다 달걀 껍데기를 재활용해 만들 수 있어 친환경적”이라며 “생산된 수소나 그래핀 모두 별다른 분리 과정 없이 이용할 수 있다는 점에서 경제성도 높다”고 말했다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 19일자에 발표됐다.

 

이미지 확대하기백종범(왼쪽) 교수와 연구팀이 달걀 껍데기와 알코올 변환 반응을 진행한 뒤 생성된 그래핀을 손에 들고 있다. UNIST 제공

백종범(왼쪽) 교수와 연구팀이 달걀 껍데기와 알코올 변환 반응을 진행한 뒤 생성된 그래핀을 손에 들고 있다. UNIST 제공

 

 

 

 

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