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‘이산화탄소’ 없애고 ‘수소’와 ‘전기’ 만든다

‘이산화탄소’ 없애고 ‘수소’와 ‘전기’ 만든다- UNIST 김건태 교수팀, 하이브리드 금속-이산화탄소 시스템 개발- 쉬운 이산화탄소 전환 방법 제시해… 국제 학술지 iScience 게재지구 온도를 높이는 ‘이산화탄소’를 없애는 동시에 ‘전기’와 ‘수소’를 생산하는 획기적인 시스템이 개발됐다. 기후변화를 막고, 에너지를 저장하며, 미래 에너지원을 확보하는 일석삼조의 기술로 주목받고 있다.UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 김건태 교수팀은 이산화탄소를 활용해 전기와 수소를 생산하는 세계 최초의 기술인 ‘하이브리드 나트륨 금속-이산화탄소 시스템(Hybrid Na-CO₂ system)’을 개발했다. 이 시스템은 물에 녹인 이산화탄소를 활용하는 전지 시스템인데, 작동 과정에서 이산화탄소는 제거하고 전기와 수소를 생산한다.김건태 교수는 “이산화탄소 배출량 증가로 인한 기후변화에 대응하기 위해 이산화탄소 활용 및 저장 기술(CCUS)이 주목받고 있다”라며, “화학적으로 안정적인 이산화탄소 분자를 다른 물질로 쉽게 전환하는 게 관건인데, 새로운 시스템에서 ‘이산화탄소의 용해’로 이 문제를 풀었다”고 설명했다. 하이브리드 나트륨-이산화탄소 시스템은 연료전지처럼 음극(나트륨 금속)과 분리막(나시콘), 양극(촉매)로 구성된다. 다른 전지와 달리 촉매가 물속에 담겨 있으며, 음극과 도선으로 연결된 상태다. 물에 이산화탄소를 불어넣으면 전체 반응이 시작돼 이산화탄소는 사라지고, 전기와 수소가 만들어진다. 이때 이산화탄소의 전환 효율은 50%로 높다.반응 원리는 크게 세 단계로 정리된다. 우선 물(H₂O)에 이산화탄소(CO₂)를 불어넣으면 ① 수소 이온, 즉 양성자(H⁺)와 탄산수소 이온(HCO₃⁻)이 만들어진다. 양성자가 많아져 산성으로 변한 물은 ② 나트륨 금속에 있던 전자(e⁻)들을 도선을 통해 끌어당기면서 전자의 흐름, 즉 전기를 만든다. ③ 수소 이온(H⁺)은 전자를 만나 수소 기체(H₂)로 변한다. 마지막으로 음극에서 전자를 잃은 나트륨 이온(Na⁺)은 분리막을 통과해 탄산수소염(HCO₃⁻)과 반응해 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 된다.김정원 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원(공동 제1저자)은 “이산화탄소의 전환 효율과 수소의 발생 효율을 정량 분석한 결과, 이산화탄소를 지속적으로 소모하면서 수소와 전기를 동시에 생산한다는 걸 입증했다”고 전했다.실제로 이 시스템은 전극의 손상 없이 1,000시간 이상 작동되는 안정성을 보였다. 자발적인 화학반응을 유도해 이산화탄소 활용과 제거에 응용 가능할 전망이다.김창민 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원(제1저자)은 “이산화탄소는 화학적으로 매우 안정돼 화학구조를 깨고 다른 물질로 바꾸기 매우 어렵다”라며, “이산화탄소를 물에 녹여서 활용하는 방법은 현실적인 CCUS 기술로 효율적인 편”이라고 설명했다.김건태 교수는 “이번 연구는 단순히 새로운 이산화탄소 활용 시스템에 그치지 않고 더 많은 파생 연구로 이어질 것”이라며 “전해질과 분리막, 시스템 설계, 전극 촉매 등이 개선되면 더 효과적으로 이산화탄소를 줄이면서 수소와 전기를 생산할 수 있을 것”이라고 내다봤다.이번 연구는 UNIST 에너지 및 화학공학부의 조재필 교수와 조지아공대(Georgia Institute of Technology)의 메이린 리우(Meilin Liu) 교수도 함께 참여했다. 연구결과는 세계적 과학저널 셀(Cell)의 자매지인 ‘아이사이언스(iScience)’ 11월 30일(금) 출판됐다.   * 논문명: Efficient CO utilization via a hybrid Na-CO system based on CO dissolution)
편집부 2019-01-01
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 5

 유압의 기초 1. 유압의 특징1) 장점- 소형에서도 출력이 크다.- 광범위한 무단 변속이 용이하다.- 과부하 방지를 용이하게 할 수 있다.- 작동이 원활하다.- 원격제어가 가능하며 응답성이 좋다.- 출력제어가 자유롭다.
박애영 2018-11-29
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신축성 디스플레이를 위한 기술개발 동향과 기술이슈 및 발전전망

Ⅰ. 개요최근 디스플레이 소자는 박막화 단계를 통한 소자의 성능 발전을 거쳐, 휘어지고(Flexible), 접히고(Foldable), 신체 및 사물에 착용 또는 부착이 가능한(Wearable 또는 Attachable) 신축성 디스플레이(Stretchable Display) 구현을 목표로 미래형 디스플레이가 연구되고 있다.
이용우 2018-11-29
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여름‧겨울철 냉난방 전기료 걱정 없는 친환경 냉난방기용 흡착제 개발, 상용화 가까이…

- 화학(연), 에너지‧지구온난화 문제에 대응하여 신재생 에어컨 및 제습 건조시스템 등에 적용 가능한 새로운 나노세공형 수분흡착제 개발- 네이처 에너지(IF=46.859) 논문 게재 
이용우 2018-11-27
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베로소프트웨어, VISI 최신버전 ‘2018 R2’ 공식 출시

- 쉽고 빠른 모델링기능과 유동해석 및 성형해석 기능 탑재
이용우 2018-11-27
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우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 4

2-4. 기계 배열 방식에 따른 분류사출성형기는 기계 배열 방식에 따라 수평식(횡형, Horizontal Type), 수직식(Vertical Type) 등으로 구분할 수 있다. 수평식은 사출장치와 형체장치를 수평으로 배치시켜 양자의 중심선이 일직선상에 있는 것으로, 현재 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 타입이다. 수직식은 사출장치와 형체장치가 함께 수직방향으로 위치하는 타입이며, 주로 형판은 턴 테이블 방식을 사용하고, 인서트 성형 시 유리하다는 특징을 갖는다.
박애영 2018-11-02
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자동차 차체 소재 동향

Ⅰ. 개요차량의 경량화는 연비를 크게 향상시킬 수 있는 가장 현실적인 대안이다. 게다가 차체는 차량 중량 비중 중 가장 큰 비율을 차지하므로 차세대 소재개발을 통한 차체의 경량화가 절실한 상황이다. 이러한 차체 경량화를 위해 ‘소재 자체를 가벼운 소재로 대체하는 방법’, ‘성형 및 가공기술을 개발하는 방법’, ‘기존 부품의 형상을 최적 설계하는 방법’ 등이 있으며, 이 중 첫 번째 방법이 경량화 효과가 가장 크다.
이용우 2018-11-02
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“100번 접어도 끄떡없는 유기 태양전지 개발”

- UNIST 양창덕 교수팀, 고무처럼 늘어나는 실리콘 계열 고분자 활용- 유연성 높고 광전효율 유지… ‘Angewandte Chemie’에 논문 게재100번 접었다가 펴도 안정적으로 작동하는 ‘유기 태양전지’가 개발됐다. 이로써 접어서 휴대하는 태양전지나 각종 웨어러블 전자기기의 전원용 태양전지를 쓸 날이 한층 가까워졌다.UNIST(총장 정무영, www.unist.ac.kr) 에너지 및 화학공학부의 양창덕 교수팀은 고무처럼 잘 늘어나는 ‘실리콘 기반의 고분자’를 활용해 ‘고유연성 유기 태양전지’를 만드는 데 성공했다. 이번에 개발한 태양전지는 모든 요소가 고분자로 이뤄져 잘 휘어지고 늘어난다. 또 100번을 접었다가 펴도 기존 효율을 90%까지 유지할 정도로 안정성도 뛰어났다.
이용우 2018-11-01