많은 과학자들과 많은 국가들은 기후 변화의 원인으로 알려진 이산화탄소를 가치 있는 상품으로 전환시키는 기술을 찾는데 매진하고 있다. 현재, 미국 연구진은 대기 중의 CO2를 산업용 및 소비자 제품에 가치 있게 적용할 수 있는 탄소 나노섬유로 직접 전환할 수 있는 새로운 친환경적인 기술을 개발했다. 이번 연구진은 미국 화학 학회(American Chemical Society, ACS)의 25차 National Meeting &Exposition에서 새로운 CO2 수집 및 활용에 대한 연구결과를 발표했다. ACS는 세계에서 가장 큰 학회이고, 다양한 과학 주제로 9천 개 이상의 연구결과가 발표된다.

“우리는 고효율 탄소 나노섬유를 제조하기 위해서 대기 중의 CO2를 사용하는 방법을 찾았다”고 이 연구를 이끌었던 조지 워싱턴 대학(George Washington University)의 Stuart Licht 박사가 말했다. “이러한 나노섬유는 보잉 드림라이너(Boeing Dreamliner), 고급 스포츠 장비, 터빈 블레이드 등에 적용되는 강한 탄소 복합물을 만드는데 사용된다”고 Licht 박사가 덧붙였다.

이번 연구진은 CO2를 방출하는 일 없이 비료와 시멘트를 만드는 기술을 개발했다. 현재, 이번 연구진은 지구 온난화를 발생시키는 CO2를 탄소 나노섬유를 제조하는 원재료로 전환하는데 성공했다. 이번 연구진은 이 방법을 “하늘에서 내려온 다이아몬드”라고 부른다. 이것은 탄소가 다이아몬드의 구성성분이고, 탄소 나노섬유와 같은 높은 가치의 제품을 만드는데 사용될 수 있기 때문이다.

이번 연구진이 개발한 저에너지 프로세스는 몇 볼트의 전기, 태양광, 많은 이산화탄소만을 사용해서 수행된다. 이 시스템은 나노섬유를 만들기 위해서 전해질 합성을 사용한다. CO2는 1천380 ℉(750℃)에서 용융 탄산염의 고온 전해조 속에서 분해된다. 대기는 전해조에 첨가된다. CO2는 니켈과 강철의 전극을 통해서 열과 직류를 가할 때 용해된다. 탄소 나노섬유는 강철 전극 위에서 만들어진다.

합성 프로세스 동안에 전력을 공급하기 위해서, 열과 전기는 지극히 효율적인 농축 태양 에너지 시스템을 통해서 생성된다. 이 시스템에 전기를 생성하기 위해서 태양 전지 위에 태양광선을 집속시키는데, 이것은 전해조의 온도를 상승시킨다. 이번 연구진은 탄소 나노섬유 1톤당 약 1천 달러의 전기 에너지 비용이 든다고 추정했다. 이것은 시스템의 구동 비용이 제품 가치보다 수백 배 더 낮다는 것을 의미한다.

 

“우리는 사하라 사막 크기의 10% 이하의 물리적 면적을 사용해서 10년 내에 대기 중의 CO2를 충분히 제거할 수 있을 것이라고 추정했다”고 그는 말했다. 이 시스템은 실험적이다. 가장 큰 문제는 시스템을 증가시키고 일관된 크기의 나노섬유를 만들기 위한 경험을 얻는 것이다. “우리는 빠르게 규모를 확장해야 한다”고 그는 덧붙였다. “그러면 시간당 수십 그램의 나노섬유를 곧 만들 수 있을 것”이라고 그는 언급했다.

 

이번 연구진은 초기에 개발될 때보다 훨씬 더 적은 에너지를 사용해서 탄소 섬유를 합성한다는 것을 발견했다. “탄소 나노섬유의 성장은 750 ℃와 1 볼트 이하에서 발생하는데, 이것은 알루미늄의 제조에 필요한 1천 ℃와 3~5볼트보다 훨씬 더 적은 에너지를 사용한다”고 Licht가 말했다. 이 연구는 8월 19일에 발표되었고, 상세한 내용은 http://bit.ly/ACSLiveBoston에 게재되었다.

그림. 이산화탄소와 태양광으로 만들어진 탄소 나노섬유.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 8월 24일]

 

Finding a technology to shift carbon dioxide (CO2), the most abundant anthropogenic greenhouse gas, from a climate change problem to a valuable commodity has long been a dream of many scientists and government officials. Now, a team of chemists says they have developed a technology to economically convert atmospheric CO2 directly into highly valued carbon nanofibers for industrial and consumer products.

The team will present brand-new research on this new CO2 capture and utilization technology at the 250th National Meeting & Exposition of the American Chemical Society (ACS). ACS is the world's largest scientific society. The national meeting, which takes place here through Thursday, features more than 9,000 presentations on a wide range of science topics.

"We have found a way to use atmospheric CO2 to produce high-yield carbon nanofibers," says Stuart Licht, Ph.D., who leads a research team at George Washington University. "Such nanofibers are used to make strong carbon composites, such as those used in the Boeing Dreamliner, as well as in high-end sports equipment, wind turbine blades and a host of other products."

Previously, the researchers had made fertilizer and cement without emitting CO2, which they reported. Now, the team, which includes postdoctoral fellow Jiawen Ren, Ph.D., and graduate student Jessica Stuart, says their research could shift CO2 from a global-warming problem to a feed stock for the manufacture of in-demand carbon nanofibers.

Licht calls his approach "diamonds from the sky." That refers to carbon being the material that diamonds are made of, and also hints at the high value of the products, such as the carbon nanofibers that can be made from atmospheric carbon and oxygen.

Because of its efficiency, this low-energy process can be run using only a few volts of electricity, sunlight and a whole lot of carbon dioxide. At its root, the system uses electrolytic syntheses to make the nanofibers. CO2 is broken down in a high-temperature electrolytic bath of molten carbonates at 1,380 degrees F (750 degrees C). Atmospheric air is added to an electrolytic cell. Once there, the CO2 dissolves when subjected to the heat and direct current through electrodes of nickel and steel. The carbon nanofibers build up on the steel electrode, where they can be removed, Licht says.

To power the syntheses, heat and electricity are produced through a hybrid and extremely efficient concentrating solar-energy system. The system focuses the sun's rays on a photovoltaic solar cell to generate electricity and on a second system to generate heat and thermal energy, which raises the temperature of the electrolytic cell.

Licht estimates electrical energy costs of this "solar thermal electrochemical process" to be around $1,000 per ton of carbon nanofiber product, which means the cost of running the system is hundreds of times less than the value of product output.

"We calculate that with a physical area less than 10 percent the size of the Sahara Desert, our process could remove enough CO2 to decrease atmospheric levels to those of the pre-industrial revolution within 10 years," he says.

At this time, the system is experimental, and Licht's biggest challenge will be to ramp up the process and gain experience to make consistently sized nanofibers. "We are scaling up quickly," he adds, "and soon should be in range of making tens of grams of nanofibers an hour."

Licht explains that one advance the group has recently achieved is the ability to synthesize carbon fibers using even less energy than when the process was initially developed. "Carbon nanofiber growth can occur at less than 1 volt at 750 degrees C, which for example is much less than the 3-5 volts used in the 1,000 degree C industrial formation of aluminum," he says.

A press conference on this topic will be held Wednesday, Aug. 19, at 9:30 a.m. Eastern time in the Boston Convention & Exhibition Center. Reporters may check-in at Room 153B in person, or watch live on YouTube http://bit.ly/ACSLiveBoston. To ask questions online, sign in with a Google account.

[원문출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=41086.php]