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향후 30 년 동안 세계의 청정 에너지에 수요를 충족시키려면, 태양 에너지와 풍력 에너지 사용을 두 배로 늘려야 한다. 따라서 태양 에너지와 풍력 에너지를 연료와 화학 물질 내에 저장할 수 있는 촉매는 점차 중요한 역할을 하게 될 것으로 보인다. 하지만 현재 사용되고 있는 촉매들은 매우 비싸고 비효율적이다. 코펜하겐 대학(University of Copenhagen)과 DTU연구팀은 보다 좋고 저렴한 촉매를 더 쉽게 찾아낼 수 있는 방법을 개발했다고 보고했다. 관련 연구는 Joule 지에 게재되었다 ( DOI: 10.1016/j.joule.2018.12.015 ). UN의 통계 자료에 따르면, 세계 에너지 수요는 전 세계의 인구가 2050년까지 현재 7.3 십억에서 9.7십억명으로 늘어날 경우, 향후 30년 동안 2배에서 3 배 정도 증가할 것으로 예상된다. 하지만 화학 연료 대신으로 사용되는 태양 에너지와 풍력 에너지의 용량 확장은 충분하지 못하다. 태양 및 풍력 에너지는 환경지속 가능성이라는 측면에서 충족되지만, 예측할 수 없는 기후 조건에 따라 의존도에서는 불안성이 크다. 이런 불안정성의 결과는 촉매와 전기 분해로 안정적인 에너지 공급을 보장하는 것이 점차 중요해지게 만들었다. 추가로, 촉매는 화학 공장에서 여러 가지로 사용된다. 예를 들면, 자동차에서 해로운 배출 가스를 전환하고, 비료를 만들기 위해 대기 중에서 질소를 전환하는 것을 포함해서 화학 산업에서 자주 사용되는 것이다. 이번 연구의 교신 저자인 Jan Rossmeisl 교수는 “아직까지는 연료 전지, 태양 에너지와 풍력 에너지 저장과 새로운 환경 친화적인 연료를 만들 때 사용되는 촉매 개발은 가야할 길이 멀다”고 말한다. 연구팀은 차세대 촉매를 개발하고 있는 중이며, 이 일은 쉬운 일이 아니라고 말했다. 또한 ‘슈퍼컴퓨터를 사용함에도 불구하고, 무한히 많은 가능성 때문에 촉매에 적합한 금속합금을 찾아내는 일은 어렵다. 최적의 합금을 찾는 일은 평생 걸릴 수도 있다. 우리는 출발점으로, 무작위로 여러 가지 원소들을 혼합해서 만든 고-엔트로피 합금을 이용했다. 이런 방식으로, 무수한 합금 조합을 분류하고, 태양 에너지와 풍력 에너지를 효율적으로 전환하고 저장 문제를 해결할 수 있는 시스템을 쉽게 찾아낼 수 있다”고 말했다. 이번 논문에서 연구팀은 최초로 고-엔트로피 합금에 대한 촉매 활성을 이론적으로 조사했으며, 가장 가까운 곳에 있는 주변의 조성을 바탕으로 흡수 에너지를 예측했다. 또한 합성 촉매를 찾아낼 수 있는 방법을 제시했으며, 산소 저감 반응을 촉매화할 수 있는 새로운 합금 조성에 대해 보고했다. |
