탄소 배출물을 메탄 연료로 전환

화학자들은 이산화탄소를 포집하여 메탄으로 전환하는 새로운 방법을 개발했으며, 이는 미래의 가스 배출을 재생 가능 에너지원에서 얻은 전기를 사용하여 대체 연료로 전환할 수 있음을 시사합니다.

이산화탄소(CO 2 )는 지구 온난화 기후의 상당 부분을 차지하는 온실 가스로, 발전소, 공장 및 다양한 교통 수단에서 생성됩니다. 대기 중 이산화탄소의 존재를 줄이는 것을 목표로 하는 전형적인 탄소 포집 시스템은 다른 가스에서 CO 2를 분리 하고 유용한 제품으로 전환하여 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 효과적입니다. 그러나 이러한 시스템을 작동하는 데 필요한 엄청난 양의 에너지로 인해 이 프로세스는 산업적 규모로 구현하기 어렵습니다.

오하이오 주립 대학에서 화학 및 생화학 분야의 박사후 연구원이자 이번 연구의 주저자인 토마즈 네베스-가르시아는, 연구자들은 이제 특수 니켈 기반 촉매를 사용해 포집된 이산화탄소를 직접 메탄으로 전환함으로써 귀중한 에너지의 대부분을 절약하는 방법을 알아냈다고 말했습니다.

전기화된 표면에 배치된 니켈 원자를 사용함으로써, 팀은 포획된 이산화탄소 형태인 카바메이트를 메탄으로 직접 전환할 수 있었습니다. 그들은 저렴하고 널리 이용 가능한 촉매인 니켈 원자가 이 전환을 하는 데 매우 뛰어나다는 것을 발견했습니다.

"우리는 낮은 에너지 분자에서 출발하여 높은 에너지 연료를 생산합니다." 네베스-가르시아가 말했다. "이것이 흥미로운 점은 다른 사람들이 이산화탄소를 단계적으로 포집, 회수, 전환하는 반면, 우리는 이러한 단계를 동시에 수행하여 에너지를 절약한다는 것입니다."

가장 중요한 점은, 탄소 포집 프로세스를 간소화하면 과학자들이 탄소 순환에 대해 알고 있는 내용을 재구성하는 데 도움이 되며, 더 빠르고 효율적인 기후 완화 기술을 위한 보다 복잡한 전략을 수립하는 데 필수적인 단계라는 것입니다.

"우리는 탄소 포집 및 전환에 가능한 가장 낮은 에너지를 사용하는 데 집중해야 합니다." 네베스-가르시아가 말했다. "따라서 모든 포집 및 전환 단계를 독립적으로 수행하는 대신, 단일 단계로 결합하여 낭비적인 에너지 프로세스를 우회할 수 있습니다."

해당 논문은 최근 American Chemical Society 저널에 게재되었습니다.

네베스-가르시아는 많은 탄소 포집 방법이 아직 초기 단계에 있으며, 다양한 분야의 연구자들이 이를 개선하기 위해 노력하고 있지만, 이 분야는 유망한 분야라고 말했습니다.

재생 가능한 전기를 사용하여 CO 2를 연료로 전환하면 탄소 순환을 닫을 수 있는 잠재력이 있습니다. 예를 들어, 메탄을 태워 에너지를 생성하면 이산화탄소가 배출되고, 이를 포집하여 다시 메탄으로 전환하면 지구의 지구 온난화 부담을 늘리지 않고도 지속적인 에너지 생산 순환을 이룰 수 있습니다.

이 연구는 또한 연구자들이 전기화학을 사용하여 카르바메이트를 메탄으로 전환할 수 있다는 것을 발견한 최초의 사례입니다. 포집된 CO 2를 유용한 제품으로 전환하려는 많은 시도가 있었지만, 지금까지 대부분의 연구자들은 일산화탄소를 생성하는 능력만 보여주었습니다.

"메탄은 정말 흥미로운 제품이 될 수 있지만, 가장 중요한 것은 이것이 포집된 CO 2를 다른 제품으로 전환하는 더 많은 공정을 개발할 수 있는 길을 열어준다는 것입니다."라고 그는 말했습니다.

앞으로 연구팀은 다양한 지속 가능한 탄소 포집 경로를 만드는 데 도움이 되는 다른 화학적 청정 에너지 대안을 계속 탐색할 것으로 기대합니다.

"모든 것은 항상 에너지로 돌아가고, 이 분야의 미래에는 더 많은 에너지를 절약하기 위해 많은 열정과 노력이 투자되고 있습니다."라고 네베스-가르시아는 말했습니다.

다른 공동 저자로는 오하이오 주립 대학의 Quansong Zhu와 L. Robert Baker, 상파울루 대학의 Liane M. Rossi, 케이스 웨스턴 리저브 대학의 Mahmudul Hasan과 Robert E. Warburton, 예일 대학의 Jing Li와 Hailiang Wang, 남부 과학 기술 대학의 Zhan Jiang과 Yongye Liang이 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241120193041.htm