떠 다니는 '인공 잎'은 청정 연료 생산의 물결을 타고 -- ScienceDaily

연구원들은 햇빛과 물에서 깨끗한 연료를 생성하고 결국 바다에서 대규모로 작동할 수 있는 떠다니는 ‘인공 잎’을 개발했습니다.

케임브리지 대학의 연구원들은 식물이 햇빛을 음식으로 바꾸는 과정인 광합성에서 영감을 얻은 초박형 유연한 장치를 설계했습니다. 저가의 자율 장치는 물에 뜨기에 충분히 가볍기 때문에 육지의 공간을 차지하지 않고 휘발유를 대체할 지속 가능한 대안을 생성하는 데 사용할 수 있습니다.

탄식의 다리(Bridge of Sighs), 렌 도서관(Wren Library), 킹스 칼리지 채플(King’s College Chapel) 등 캠브리지의 상징적인 장소인 캠 강(River Cam)의 가벼운 잎에 대한 야외 테스트는 식물 잎만큼 효율적으로 햇빛을 연료로 전환할 수 있음을 보여주었습니다.

물에서 청정연료가 생성된 것은 이번이 처음으로, 규모를 확대하면 오염된 수로, 항구, 바다에서도 인공잎을 사용할 수 있어 전 세계 해운업계의 화석연료 의존도를 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 결과는 저널에보고됩니다 자연.

풍력 및 태양열과 같은 재생 에너지 기술은 최근 몇 년 동안 상당히 저렴해지고 더 많이 사용 가능하게 되었지만 해운과 같은 산업의 경우 탈탄소화는 훨씬 더 큰 주문입니다. 전 세계 무역의 약 80%가 화석 연료로 구동되는 화물선으로 운송되지만 이 부문은 기후 위기에 대한 논의에서 거의 주목을 받지 못했습니다.

몇 년 동안 캠브리지에 있는 Erwin Reisner 교수의 연구 그룹은 광합성 원리를 기반으로 하는 지속 가능한 가솔린 솔루션을 개발하여 이 문제를 해결하기 위해 노력해 왔습니다. 2019년에 그들은 햇빛, 이산화탄소 및 물에서 합성 가스(많은 화학 물질 및 의약품 생산의 핵심 중간체)를 만드는 인공 잎을 개발했습니다.

초기 프로토타입은 두 개의 광 흡수제를 적절한 촉매와 결합하여 연료를 생성했습니다. 그러나 두꺼운 유리 기판과 습기 보호 코팅이 통합되어 장치가 부피가 커졌습니다.

“인공 잎은 지속 가능한 연료 생산 비용을 상당히 낮출 수 있지만 무겁고 깨지기 쉬우므로 대규모로 생산하고 운송하기가 어렵습니다.” -주인 작가.

연구를 주도한 Reisner는 “우리는 성능에 영향을 미치지 않으면서 이러한 장치가 사용하는 재료를 얼마나 줄일 수 있는지 알고 싶었습니다.”라고 말했습니다. “만약 우리가 재료를 충분히 가벼우면서 물에 뜨게 할 수 있다면 이 인공 잎을 사용할 수 있는 완전히 새로운 방법을 열 수 있습니다.”

인공 잎의 새 버전을 위해 연구원들은 전자 산업에서 영감을 얻었습니다. 전자 산업은 소형화 기술로 인해 스마트폰과 플렉서블 디스플레이가 만들어지고 이 분야에 혁명을 일으켰습니다.

캠브리지 연구원들의 도전과제는 경량 기판에 흡광재를 증착하고 수분 침투로부터 보호하는 방법이었습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 연구팀은 금속 산화물과 페로브스카이트로 알려진 재료를 박막화하여 유연한 플라스틱과 금속 호일에 코팅할 수 있습니다. 장치는 수분 분해를 방지하는 마이크로미터 두께의 발수성 탄소 기반 층으로 덮여 있습니다. 그들은 작동할 뿐만 아니라 실제 잎사귀처럼 보이는 장치를 갖게 되었습니다.

Andrei는 “이 연구는 인공 잎이 현대 제조 기술과 양립할 수 있음을 보여주며 이는 태양 연료 생산의 자동화 및 확장을 향한 초기 단계를 나타냅니다.”라고 말했습니다. “이 잎은 대부분의 태양열 연료 기술의 장점을 결합하여 분말 현탁액의 무게를 줄이고 유선 시스템의 고성능을 달성합니다.”

새로운 인공 잎의 테스트는 물을 수소와 산소로 분해하거나 CO를 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다.₂ 합성가스에. 상업용 응용 프로그램을 준비하기 전에 추가 개선이 필요하지만 연구원들은 이 개발이 작업에서 완전히 새로운 길을 열 수 있다고 말합니다.

Andrei는 “태양광 발전소는 전기 생산을 위해 인기를 얻었습니다. 우리는 유사한 연료 합성 발전소를 구상하고 있습니다.”라고 말했습니다. “이것은 해안 정착지, 외딴 섬에 공급하거나 산업 연못을 덮거나 관개 운하에서 물 증발을 방지할 수 있습니다.”

Reisner는 “태양 연료 기술을 포함한 많은 재생 에너지 기술은 육지에서 많은 양의 공간을 차지할 수 있으므로 생산을 개방 수역으로 옮기는 것은 청정 에너지와 토지 사용이 서로 경쟁하지 않는다는 것을 의미합니다”라고 말했습니다. “이론적으로는 이러한 장치를 말아서 거의 모든 국가의 거의 모든 곳에 배치할 수 있으며 이는 에너지 안보에도 도움이 될 것입니다.”

이 연구는 유럽 연구 위원회(European Research Council), 케임브리지 트러스트(Cambridge Trust), 지속 가능성 물리학을 위한 윈튼 프로그램(Winton Program for Physics of Sustainability), 왕립 공학 아카데미(Royal Academy of Engineering), 영국 연구 및 혁신(UK Research and Innovation)의 일부인 EPSRC(Engineering and Physical Sciences Research Council)의 일부 지원을 받았습니다. UKRI). Virgil Andrei와 Erwin Reisner는 케임브리지 세인트 존스 칼리지의 펠로우입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220817114204.htm