[이미디어= 황원희 기자] 그래핀 부산물이 수소 생산 비용을 상쇄한다는 라이스 대학의 연구 결과가 나왔다. 수소는 화석 연료의 유망한 대안으로 여겨지지만, 이를 만드는 데 사용되는 방법들은 너무 많은 이산화탄소를 발생시키거나 큰 비용이 든다. 라이스 대학 연구원들은 플라스틱 폐기물로부터 비용을 상쇄할 수 있는 것 이상의 저배출 방법을 사용함으로써 수소를 추출할 수 있는 방법을 찾았다.

이 연구는 어드밴스드 머티리얼즈에 발표됐는데 연구의 주저자인 라이스 대학 케빈 와이스 박사는 "이번 연구에서는 종류별로 분류하거나 세척할 필요가 없는 혼합 폐플라스틱을 포함한 폐플라스틱을 고수익 수소가스와 고부가 그래핀으로 전환했다"고 밝혔다. 이어 "생산된 그래핀을 현재 시장가치의 5% 가격으로 판매할 경우 청정수소를 무료로 생산할 수 있다"고 덧붙였다

이와 대조적으로 재생 가능한 에너지원을 사용하여 생산되는 '친환경' 수소는 900g이 조금 넘는 분량으로 약 5달러가 든다. 더욱 저렴하기는 하지만, 2022년에 전 세계적으로 사용되는 거의 1억 톤의 수소 중 대부분은 화석 연료에서 유래되었으며, 그 생산은 수소 1톤 당 약 12톤의 이산화탄소를 발생시킨다.

연구진은 오늘날 사용되는 수소의 주요 형태는 많은 이산화탄소를 발생시키는 방법인 스팀-메탄 개질을 통해 생산되는 '회색' 수소라고 밝혔다. 그렇기에 수소의 수요는 향후 수십 년간 급증할 것으로 보이기 때문에 2050년까지 순배출량 제로에 도달하려면 지금과 같은 방식으로는 지속할 수 없다고 알렸다.

연구원들은 플라스틱 폐게물 샘플을 약 4초 동안 급속 플래시 줄 가열(flash Joule heating)에 노출시켜 온도를 3100도 켈빈까지 끌어올렸다. 이 과정은 플라스틱에 존재하는 수소를 기화시키며, 탄소 원자의 단일층으로 이루어진 매우 가볍고 내구성 있는 물질인 그래핀을 남긴다.

연구진은 처음 플래시 줄 가열을 발견하고 폐플라스틱을 그래핀으로 업사이클링하는 데 적용했을 때 수많은 휘발성 가스가 생성되면서 반응기 밖으로 뿜어져 나오는 것을 관찰했다고 밝혔다. 따라서 소형 탄화수소와 수소가 섞여 있을 것으로 의심되었으며 그 성분이 무엇인지 궁금했지만 정확하게 이를 분석할 장치가 부족했다고 알렸다.

투르 연구소는 미국 육군 공병대로부터 자금을 지원받아 기화된 내용물을 특성화하는 데 필요한 장비를 확보했다.

일례로 폴리에틸렌은 86%의 탄소와 14%의 수소로 구성되어 있으며, 그 원자 수소의 68%까지 순도 94%의 가스로 회수할 수 있다는 것을 증명할 수 있었다. 

따라서 연구진은 이 작업이 폐플라스틱으로부터 깨끗한 수소를 생산할 수 있도록 하고, 플라스틱 오염과 스팀-메탄 개질에 의한 온실가스 집약적인 수소 생산과 같은 주요 환경 문제들을 해결할 수 있기를 바라고 있다.

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