코발트-구리 탠덤은 이산화탄소를 에탄올로 전환합니다.

대기 중으로 이산화탄소가 지속적으로 방출되는 것은 극한 기상 현상이 증가함에 따라 지구 온난화와 기후 변화의 주요 원인입니다.요하네스 구텐베르크 대학교 마인츠(JGU)의 연구자들은 이제 이산화탄소를 에탄올로 효과적으로 전환하는 방법을 제시했으며, 이를 화학 응용 분야의 지속 가능한 원료로 사용할 수 있습니다.JGU 화학과의 카르스텐 스트렙 교수는 "우리는 환경에서 온실 가스인 CO 2를 제거 하여 지속 가능한 탄소 순환에 다시 도입할 수 있습니다."라고 설명했습니다. 그의 연구 그룹은 전기 촉매를 통해 이산화탄소를 에탄올로 전환하는 방법을 보여주었습니다. 이 과정에 녹색 전기를 사용한다고 가정하면 지속 가능할 것이며 현재 연료용 에탄올을 생산하는 데 사용되는 식량 작물을 다시 식량으로 사용할 수 있을 것입니다.카르스텐 스트렙에 따르면 지금까지 실험실 규모로 수행된 이 전환 기술은 더 큰 규모에서도 실현될 수 있습니다.연구 결과는 ACS Catalysis 에 게재되었습니다.

효율적인 탠덤 시스템으로 선택적 전기 촉매 전환 달성

CO 2 를 에탄올과 같은 다중 탄소 제품으로 전기화학적 전환하는 것은 고에너지 밀도 연료와 귀중한 화학 원료를 얻는 이상적인 방법이 될 것이며, 동시에 CO 2를 전구체로 사용하여 대기에서 어느 정도 제거할 수 있습니다. "이를 달성하기 위해서는 높은 선택성으로 이러한 전환을 수행할 수 있는 적절한 촉매가 필요하여 원하는 제품(저희의 경우 에탄올)을 높은 수율로 얻을 수 있습니다."라고 Streb은 말했습니다.

이를 위해 그의 연구팀은 화학 반응이 일어나는 특수 전극을 설계했습니다. 이 전극은 정확한 양의 코발트와 구리가 포함된 검은색 분말로 코팅되어 있습니다. 두 금속은 또한 전극에서 매우 특정한 위치에 있어야 합니다. "초기 과제는 이산화탄소를 반응시키는 것입니다."라고 스트렙은 말했습니다. "분자 원자 간의 결합은 매우 강하지만 코발트는 이를 끊을 수 있습니다." 이것은 처음에 화학 산업에 이상적인 원료가 아닌 일산화탄소를 생성합니다. 따라서 두 번째 단계에서 구리를 사용하여 에탄올 반응을 수행합니다. "그러나 이것은 전극에서 코발트와 구리가 서로 가까이 있는 경우에만 작동합니다."라고 스트렙은 성공으로 이어진 요령을 설명했습니다.

향후 선택성 수준이 향상될 예정입니다.

현재 이 공정의 선택성은 80%에 해당합니다. 즉, 원료의 80%가 에탄올로 전환됩니다. 이는 지금까지의 연구에서 달성한 최고의 결과입니다. Soressa Abera Chala 박사는 결과를 최적화하는 데 중요한 역할을 했습니다. 그는 이 논문의 주저자이며 에티오피아에서 마인츠로 훔볼트 연구 펠로우십을 받아 박사후 연구원으로 왔습니다. 공동 저자 두 명인 Rongji Liu 박사와 Ekemena Oseghe 박사도 Alexander von Humboldt Foundation의 펠로우로서 Streb의 그룹에서 일하고 있습니다. 이 팀은 현재 이 공정의 수율을 90~95%로 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 에탄올만을 제외한 다른 물질이 공정 완료 시 남지 않도록 100% 선택성을 달성하는 촉매가 바람직할 것입니다.

협력 연구 센터 / Transregio "CataLight" 내 협력

성공은 공정 제어, 특히 전극에 코발트와 구리를 적재하는 데 달려 있습니다. "특수한 종류의 전자 현미경을 사용하면 개별 원자를 볼 수 있습니다."라고 Streb는 말했습니다. 이를 달성하기 위해 마인츠에 있는 화학자들은 Collaborative Research Center/Transregio "CataLight"(CRC/TRR 234)의 일원으로 울름 대학의 동료들과 힘을 합쳤습니다. 그들의 목표는 효율적일 뿐만 아니라 가능한 한 오랫동안 잘 작동하는 촉매를 개발하는 것입니다. 시스템 자체는 몇 달이 지나도 성능이 저하되지 않고 완벽하게 안정적입니다.

마지막으로, 지구상에 존재하는 코발트와 구리의 엄청난 풍부함은 이 두 금속을 선택하는 데 중요한 요인입니다. 전체 공정은 백금이나 팔라듐과 같은 귀금속으로도 설정될 수 있지만 상업적 전망 없이 비용이 많이 듭니다.

지속 가능한 에탄올 생산은 식량 자원을 보존하고 새로운 에너지원을 제공합니다.

"전 세계적으로 이용 가능한 원료를 촉매로 사용함으로써, 우리는 현재 연구에서 비귀금속에 점점 더 집중하는 접근 방식을 따르고 있습니다."라고 카르스텐 스트렙 교수는 강조했습니다. 미래에는 이 공정을 사용하여 예를 들어 발전소에서 나오는 녹색 전기와 이산화탄소로부터 에탄올을 지속 가능하게 생산할 수 있습니다. 현재 브라질에서는 사탕수수와 옥수수에서 대량의 에탄올을 생산하고 있기 때문에 이러한 식량 작물은 지역 주민의 영양 공급원으로 사용할 수 없습니다. 여기에 제시된 공정은 필요에 따라 분산형 발전에 저장하고 사용할 수 있는 혁신적이고 지속 가능한 에탄올 생산 방법을 열어줄 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241104112513.htm