공기에서 바로 녹색 수소 만든다

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공기에서 바로 추출하는 녹색 수소

수소 연료를 만드는 가장 지속 가능한 방법은 재생 가능한 전기를 사용하여 물을 분해하는 것입니다. 하지만 이를 위해서는 담수가 필요합니다. 하지만 최근, 공기 중의 습기만으로 수소 연료를 만드는 방법이 개발되었습니다. 이 방법은 공기에서 수분을 추출하고 재생 가능한 전기분해를 통해 그것을 쪼개 수소를 만듭니다. 연구팀은 습도가 4%에 불과한 공기에서 고순도(99%)의 수소를 생산해냈습니다. 이는 비가 거의 오지 않는 반건조한 지역에서도 수소를 생산할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 시제품으로 개발된 전기 분해기를 12일 동안 연속으로 테스트한 결과, 전기 분해기 1평방미터당 하루에 거의 750리터의 수소를 생산할 수 있는 것으로 나타났습니다. 해당 연구는 Nature Communictions 저널에 발표되었습니다.

 

기술의 중요성

수소는 깨끗하고 오염 배출이 없는 에너지원으로 각광받고 있습니다. 수소 연료 개발에 대한 지원의 증가와 기술의 향상으로 인해 해당 분야는 지난 몇 년 동안 활기를 띠었습니다. 하지만 오늘날 전 세계의 대부분의 수소는 여전히 천연 가스나 석탄으로 생산됩니다. 전기분해로 인한 녹색 수소는 대규모 전기 집게의 필요성 때문에 여전히 초기 단계에 머무르고 있습니다.

전 세계 많은 연구팀들이 녹색 수소를 만들기 위한 대안을 연구하고 있습니다. 예를 들어, 태양열로 구동되는 물 분해 장치는 햇빛을 흡수하여 물을 수소와 산소로 분해하지만 태양 대 수소 효율이 1%에 불과한 낮은 광촉매를 사용합니다. 담수의 필요성을 극복하기 위해, 염수와 기수에서 수소를 생산하려는 시도가 있었지만, 그 장치들은 부산물로 오염과 염소를 처리해야 합니다.

 

기술 원리

연구팀은 공기 중의 수분을 수원으로 사용하기로 결정했습니다. 전 세계적으로, 대기 중에 거의 13조 톤의 물이 항상 존재하며, 아프리카의 광활한 사헬 지역과 같은 건조한 환경조차도 평균 20%의 상대 습도를 가지고 있습니다. 이 습도를 사용하기 위해, 연구원들은 스펀지나 거품을 전해질 액체에 담가 두 전극 사이에 끼워 넣었습니다. "전해액에 의해 추출된 물은 모세관 힘에 의해 자발적으로 전극으로 운반되고 양극에서는 수소로, 음극에서는 산소로 분해집니다."라고 연구팀은 설명합니다. 연구팀은 이 모듈에 동력을 공급하기 위해 태양 전지판이나 작은 풍력 터빈을 사용했습니다. 그들은 덥고 건조한 멜버른 여름에 실내와 실외 모두에서 시제품을 테스트했습니다. 이 장치의 태양 대 수소 효율은 15% 이상이라고 연구팀은 말합니다. 야외 실험에서는 태양광으로 하루에 1제곱미터당 745L의 수소를 생산하여 집을 데울 수 있는 5개의 전기 정화기를 병렬로 연결했습니다. 또한 내구성을 보여주기 위해 시제품을 8개월 동안 스스로 작동하도록 했습니다.

시제품은 지금 면적이 몇 평방 센티미터밖에 되지 않습니다. 하지만 내년에 투자자들의 자금 지원을 받아 전극 면적이 10평방미터인 더 큰 전기 집진기를 만들 계획이라고 합니다. 또한 에너지 효율과 생산량을 더욱 증가시키기 위해 전해액 레시피를 개선하고 있다고 합니다. 장치를 확장할 때 효율성과 출력 모두에 영향을 미치지 않아야 합니다. 연구팀이 직면한 주요 과제는 전기 분해기에 적합한 재료를 찾는 것이라고 합니다. 어떻게 더 저렴하면서도 성능이 좋은 장치를 만들지, 그것이 연구 개발의 방향입니다.

 

* 원본 기사: https://spectrum.ieee.org/engineers-make-green-hydrogen-from-air