나노 기술 혁신: 이제 공기에서 알코올을 생산할 수 있게 되었습니다.

미국 물리학 연구소(AIP) 직원들이 전류의 에너지 퍼텐셜을 이용하여 이산화탄소를 에틸알코올 입자로 변환하는 최신 그래핀과 구리 "나노 바늘"을 발명했습니다. 해당 데이터는 정기 간행물 Chemistry Select에 게재되었습니다.

"우리의 발견은 우연히 이루어졌다고 할 수 있습니다. 여정의 시작부터 우리는 비슷한 과제를 설정했지만, 그 과제를 실행하는 데 훨씬 더 많은 노력과 시간을 투자할 계획이었습니다. 그런데 그 변화는 우리의 적극적인 참여 없이도 사실상 독립적으로 이루어졌습니다." 이는 테네시주 오크리지에 있는 국립 연구소의 한 실험 참가자가 한 말입니다.

지난 10년 동안 과학자들이 대기 성분을 연료 및 기타 물질로 변환하려는 시도를 거듭해 왔다는 점은 주목할 만합니다. 예를 들어, 올해 한여름, 시카고 물리학자들은 빛 에너지를 이용하여 이산화탄소의 분자 분해를 일으키는 특수 태양 나노배터리를 발명했습니다. 이를 통해 메탄, 에틸알코올, 기타 바이오연료의 최종 생산에 필요한 수소와 일산화탄소를 생산할 수 있었습니다.

전문가들은 오랫동안 이러한 과정에 대해 연구해 왔으며, 최소한의 보조 변환 생성물(종종 쓸모없거나 솔직히 말해서 불필요함)로 이산화탄소를 분해하는 가장 최적의 방법을 찾아내려고 노력해 왔습니다.

나노기술자들은 이 과정을 용이하게 하는 주요 물질로 구리를 선택했는데, 그 이유는 구리의 특성이 이산화탄소 환원 반응에 완벽하게 들어맞기 때문입니다.

문제는 이러한 변형의 결과로 구리가 하나의 성분이 아닌 여러 성분의 형성에 기여했다는 점인데, 이는 이 발견을 산업에 적용하는 데 심각한 장애물이 되었습니다.

그런데 이 문제는 또 다른 초강력, 초에너지 집약적 혁신 소재인 그래핀을 추가적으로 사용함으로써 해결되었습니다.

기술자들은 시트 그래핀에 독특한 형태를 부여한 후, 구리 나노입자를 부분적으로 도포했습니다. 이를 통해 이산화탄소 분자가 특정 영역, 즉 "나노 바늘" 끝부분에서만 분해되도록 할 수 있었습니다.

실험 과정에서 연구진은 공정을 제어하여 이산화탄소의 60%를 에탄올로 전환하는 데 성공했습니다.

지금까지 이 나노반응의 많은 세부 사항은 아직 밝혀지지 않았습니다. 그러나 이 기술은 이미 산업용 알코올 생산에 활용될 준비가 되어 있습니다. 더욱이, 이 새로운 생산 방식은 수익성이 더욱 높아질 것입니다. 촉매 물질의 비용이 상대적으로 낮기 때문에 최종 제품인 에틸 알코올을 거의 원하는 양만큼 얻을 수 있기 때문입니다.

실무 전문가들의 가정에 따르면, 본 연구 결과는 추가 에너지를 축적하는 데에도 활용될 수 있으며, 이 에너지는 태양 전지나 기타 저장 장치에 집중될 수 있습니다. 이렇게 얻어진 에너지는 다양한 가정 및 산업 분야에서 생물학적 연료로 사용될 수 있습니다.

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