화학적 혁신으로 분말 수소의 연료로서의 진정한 잠재력이 드러날 수 있습니다.

호주 디킨 대학교 연구원들은 페인트, 화장품, 치과용 시멘트에 일반적으로 사용되는 가정용 화학물질인 질화붕소가 연료로서 수소의 잠재력을 발휘할 수 있다는 사실을 발견했다고 보도자료에서 밝혔습니다.

다가오는 에너지 위기와 화석 연료 사용으로 인한 기후 변화 위협으로 인해 대체 연료에 대한 필요성이 그 어느 때보다 강해졌습니다. 전 세계의 과학자들은 대체 에너지원으로 수소의 사용을 발전시키기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 연료의 저장 및 운송은 여전히 ​​번거롭고 위험합니다.

디킨 대학의 연구팀은 이 문제에 대한 해결책이 질화붕소라고 불리는 보잘것없는 화학물질이라는 것을 발견했습니다. 그 발견은 너무나 놀라웠기 때문에 연구자들은 결과를 확인하고 그 화학물질의 잠재력을 믿기 시작하기 위해 20~30번 실험을 반복했습니다.

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이름에서 알 수 있듯이 이 화학물질은 붕소와 질소 사이의 화학 반응의 결과로 화학적, 열적으로 저항성이 있는 화합물을 생성합니다. 이러한 특성으로 인해 이 화학물질은 금속 주조에 응용될 수 있지만, 가까운 곳에서는 페인트와 화장품의 윤활제로도 사용됩니다.

분말 형태의 질화붕소는 흡수제로 작용하며 작은 설치 공간에서도 흡수 능력이 높기 때문에 효과가 좋습니다. 연구진은 볼밀에서 가스를 분리하기 위해 흡수 능력을 활용했습니다. 일종의 그라인더인 볼 밀은 분리해야 하는 혼합 가스가 들어 있는 챔버 내부에 배치된 스테인레스 스틸 볼로 구성됩니다.

그런 다음 챔버가 고속으로 회전하게 되는데, 그 동안 볼밀의 챔버 벽과 스테인레스 스틸 볼, 내부의 질화붕소 분말 사이의 기계적 화학적 반응으로 인해 가스가 분말에 흡수됩니다.

보도 자료에는 혼합된 가스 중에서 한 가지 유형의 가스만 분말에 흡수되어 분쇄기에서 제거되어 실온에서 운반될 수 있다고 명시되어 있습니다. 수소의 경우, 이는 현재 사용되고 있는 고압 용기 또는 초냉각에 대해 연료를 운반하는 다소 간단한 방법입니다. 가스를 방출하려면 진공 상태에서 분말을 가열해야 합니다. 가스가 추출되면 분말을 다시 재사용할 수 있습니다.

이 기술이 제공하는 데 도움이 될 수 있는 것은 미래의 연료만이 아닙니다. 현재 정유소에서는 휘발유, 조리용 가스 등 원유 성분을 분리하기 위해 '극저온 증류'라는 공정을 사용합니다. 이는 전 세계 에너지 수요의 약 15%를 차지하는 에너지 집약적 프로세스입니다.

연구원들은 분말 기반 가스 분리가 원유 성분에도 효과적이라고 확신합니다. 테스트 조건에서 1000L의 가스를 분리하고 저장하는 데 76.8KJ/s의 에너지가 필요했습니다. 이는 현재 '극저온 증류'에 소비되는 에너지 양이 90% 감소한 것이라고 보도 자료는 주장합니다.

지금까지 연구팀은 한 번에 몇 리터의 가스를 분리하는 방법을 사용하려고 시도했습니다. 이제 그들은 이 기술을 대규모로 테스트할 계획입니다.

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그들의 연구 결과는 Materials Today 저널에 게재되었습니다.

추상적인: 경질 탄화수소 올레핀과 파라핀 가스 혼합물은 천연가스 또는 석유화학 공정 중에 생산됩니다. 석유화학 산업은 전 세계 에너지 소비의 15%를 차지하는 에너지 집약적 극저온 증류 공정을 사용하여 탄화수소 가스 혼합물을 분리합니다[1]. 에너지 소비를 줄이기 위해서는 새로운 에너지 절약형 분리 공정 개발이 ​​필요합니다. 본 연구에서는 알킨 또는 올레핀과 파라핀 혼합가스 분위기에서 질화붕소(BN) 분말을 상온에서 볼밀링하는 친환경 저에너지 기계화학적 분리 공정을 개발합니다. BN은 파라핀 가스보다 훨씬 더 많은 양의 알킨 및 올레핀 가스를 선택적으로 흡착하므로 볼밀링 공정 후 파라핀 가스가 정화됩니다. 흡착된 올레핀 가스는 저온 가열 공정을 통해 BN으로부터 회수될 수 있다. 기계화학적 공정은 BN에서 매우 높은 알킨 및 올레핀 가스 흡수 용량을 생성합니다(아세틸렌(C2H2)의 경우 각각 708 cm3/g 및 에틸렌(C2H4)의 경우 1048 cm3/g). 우리가 아는 한, 볼 밀링의 도움을 받아 BN 나노시트는 지금까지 보고된 다른 모든 물질보다 우수한 알킨/올레핀 가스에 대한 가장 높은 흡수 용량을 달성했습니다. 화학적 분석에 따르면 C-N 결합 형성을 통해 현장에서 형성된 BN 나노시트에 다량의 올레핀 가스가 준화학적으로 흡착된 반면, BN 나노입자에는 소량의 파라핀 가스가 물리적으로 흡착된 것으로 나타났습니다. 이 확장 가능한 기계화학적 공정은 산업적 분리 방법으로서 큰 잠재력을 갖고 있으며 상당한 에너지 절약을 실현할 수 있습니다.