| 초록 |
1.분석자 서문 해수는 지구상에서 가장 풍부한 자원으로, 해수에서 연료를 생산하는 것은 물의 수요 증작과 경쟁하지 않는다는 면에서 주목할 만한 이점이 있다. 본 분석에서는 해수에서 연료를 생산하여 연료전지에서 직접 사용하는 것에 중점을 두었다. 적절한 조건에서 해수의 전기분해는 염화물의 산화 없이 100 #37; 패러데이 효율의 수소 및 디옥시젠을 제공한다. 해수로부터 광촉매를 통해 수소를 생산하는 것은 저비용 및 고효율로 수소를 생산하는 유망한 방법이다. 해수에서 생성된 생물막을 사용하는 미생물태양전지(MSCs)는 광합성 생성물이 전극 반응물로 이용될 수 있기 때문에 추가적인 연료 없이 태양광으로부터 전기를 생산할 수 있다. 반면에 전극 생성물은 광합성 반응물로 활용될 수 있다. 수소의 또 다른 중요한 원천은 흑해 심층수에서 풍부하게 발견되는 황화수소로서 흑해 심층수의 전기분해에 의해 생성된 수소는 수소연료전지에도 사용될 수 있다. 연료전지에서의 연료의 생산과 그것의 직접이용은 해수로부터의 과산화수소 광촉매 생성과 공기 중에서의 디옥시젠 생성 및 전기를 얻기 위해 과산화수소 연료전지에서 직접 사용하는 것을 조합함으로써 가능하게 되었다. 2. 목차 1. 서론 2. 해수의 전기분해 2.1. 해수로부터 수소와 디옥시젠 생성 2.2. 해수에서 이산화탄소와 수소의 추출 2.3. 해수로부터 태양 수소의 생산 3. 해수에서 금속의 가수분해 4. 해수를 이용한 미생물연료전지 5. 흑해 심층수에서의 수소 6. 해수로부터의 과산화수소 생산과 연료전지에서의 직접이용 7. 분석자 결론 (h) 7.5의 해수에서 일반적인 설계 기준에 의해 염소와 차아염소산 형성 없이 H2와 O2를 발생시키는 직접전기분해가 가능해졌다. NiO/YSZ 전극으로 구성된 고온의 고체 산화물 전해조에서 109.4 #37;의 고온 전기에너지 효율, 즉 생성된 수소 단위당 전기에너지 투입량이 얻어졌다. 해수는 또한 H2의 생산과 함께 해수에서 이산화탄소를 회수하기 위한 전기 탈이온화에도 활용될 수 있다. H2는 물질적으로 최적화된 박막 투명티타니아 광촉매에 의해 외부에서 바이어스 전위를 가하지 않고도 상온에서 태양광 조사만으로 해수로부터 생산될 수 있다. 무산소 해양 퇴적물은 해양에 설치된 전자기기에 전력을 공급할 수 있는 퇴적물미생물연료전지(SMFCs)로 사용될 수 있다. 흑해 심층수에 함유된 황화수소는 H2S의 열분해에 의한 H2 생산에 사용된다. 직접적인 H2S/H2O2 연료전지가 개발되어 H2O2 연료전지에 비해 높은 성능을 보였다. H2O2는 광촉매 해수 산화용 FTO 유리기판(m-WO3/FTO)으로 구성된 중기공 WO3과 카본지에 흡착된 코발트 클로린 복합체로 구성된 2구획 광전기화학전지를 사용하여 해수 및 공기로부터 효율적으로 생산될 수 있다. 해수에 함유된 염화물 음이온은 해수 산화를 촉진시키는 촉매 역할을 한다. 해수 및 공기로부터 태양에너지를 이용하여 생산된 H2O2는 연료전지에서 직접 사용될 수 있다. 산소, 해수 및 태양광은 풍부한 자원으로 단순한 구획 구조의 연료전지로 전력 생산이 가능하므로 휴대용 전기제품의 대체연료로 사용할 수 있다. 따라서 이러한 기술들을 이용하여 미래의 지속 가능한 휴대용 에너지 변환 시스템을 구현하기 위해서는 흑해 심층수에서 H2O2 생산을 위한 광촉매 활성을 향상시키고, 분리막이 없는 단일격실 H2S/H2O2 연료전지를 함께 발전시킬 필요가 있다. 해수는 육상 수원의 한계에 따른 물부족문제에 대한 대체수자원으로써 유용한 자원이 되고 있는 가운데, 여기에 해수에서 연료를 생산하여 연로전지로 이용하는 기술이 개발이 더해짐에 따라 그 효용성은 더욱 증가될 것으로 예상된다. 그 수준이 휴대용 전기제품의 전력공급에서 해상 수송수단의 연료로까지 확대될 수 있다면 화석연료 사용에 따른 공해 및 각종 해양 배출 문제까지 해결할 수 있는 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다. References 1. S. Fukuzumi, Y.M. Lee, W.W Nam, Feul Production from Seawater and Fuel Cells Using Seawater, ChemSusChem (2017), 10, 4264-4276. 2. K. C. Christoforidis, P. Fornasiero, Photocatalytic hydrogen production: A rift into the future energy supply, ChemCatChem (2017), 9, 1523-1544. 3. J. T. Babauta, L. Hsu, E. Atci, J. Kagan, B. Chadwick, H. Beyenal, Multiple Cathodic Reaction Mechanisms in Seawater Cathodic Biofilms Operating in Sediment Microbial Fuel Cells, ChemSusChem (2014), 7, 2898-2906. 4. B. Erable, R. Lacroix, L. Etcheverry, D. FØron, M. L. Delia, A. Bergel, Marine floating microbial fuel cell involving aerobic biofilm on stainless steel cathodes, Bioresour. Technol. (2013), 142, 510-516. 5. A. Midilli, M. Ay, A. Kale, T. N. Veziroglu, A parametric investigation of hydrogen energy potential based on H2S in Black Sea deep waters, Int. J. Hydrogen Energy (2007), 32, 117-224. 6. S. Trasatti, Electrocatalysis in the anodic evolution of oxygen and chlorine, Electrochim. Acta (1984), 29, 1503-1512. 7. C. Belmont, R. Ferrigno, O. Leclerc, H. H. Girault, Coplanar interdigitated band electrodes for electrosynthesis. Part 4: Application to sea water electrolysis, Electrochim. Acta (1998), 44, 597-603. 8. H. D. Willauer, F. DiMascio, D. R. Hardy, M. K. Lewis, F. W. Williams, Development of an Electrochemical Acidification Cell for the Recovery of CO2 and H2 from Seawater, Ind. Eng. Chem. Res. (2011), 50, 9876-9882. 9. S. Ichikawa, Photoelectrocatalytic production of hydrogen from natural seawater under sunlight, Int. J. Hydrogen Energy (1997), 22, 675-678. ※ 이 자료의 분석은 포스코건설의 김관엽님께서 수고해주셨습니다. |
