"탄소배출없고, 상온보관 가능하고 에너지효율 높아"
전기자동차 배터리에 사용되는 화학물질로 청정 로켓연료를 개발할 수 있다는 연구결과가 나왔다.
23일(현지시간) 캘리포니아대학 리버사이드(UCR) 연구진은 전기자동차 배터리에 사용되는 물질인 '암모니아 보란'(ammonia borane)으로 무탄소 우주비행 연료를 생산할 수 있다고 발표했다. 암모니아 보란은 현재 전기자동차에 동력을 공급하는 연료전지에 수소를 저장하는 데 사용된다. UCR 연구진은 이 붕소와 수소의 조합으로 로켓과 인공위성을 발사할 방법을 개발했다.
현재 가장 많이 사용되는 로켓연료는 탄화수소연료로, 환경에 다양한 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 탄화수소연료는 토양을 오염시키고 암을 유발하며 산성비, 오존층 파괴 그리고 이산화탄소와 같은 온실가스를 배출한다. 배출문제 외에도 일부 로켓연료는 냉동상태로 보관해야 한다. NASA는 밀도가 매우 낮은 액화수소를 사용하는데, 이 연료는 극저온에서 보관해야 하고, 보관을 위해 많은 공간이 필요하다.
이에 비해 '암모니아 보란'을 로켓연료로 사용하면 에너지효율이 높고 비용이 낮으며, 냉동 저장할 필요가 없는 등 기존 연료보다 여러 이점이 있는 것으로 나타났다. 암모니아 보란은 연소할 때 양성화합물인 산화붕소와 물을 배출하므로 환경오염이 거의 없다. 또 탄화수소연료와 비교했을 때 암모니아 보란은 더 많은 에너지를 방출한다. 같은 비행에 더 적은 전력을 사용하므로 비용을 절감할 수 있다. 게다가 암모니아 보란은 실온보관이 가능하고, 고열에도 강해 냉동보관이 필요하지 않다.
원래 암모니아 보란 분해는 고유한 화학적 성질로 인해 대부분의 산화제와 반응시 총 에너지방출을 방해한다는 난점이 있었다. 그러나 연구진은 암모니아 보란의 분해 및 산화 메커니즘을 변화시키는 산화제를 발견해 총 에너지 추출에 성공했다.
연구 공동저자인 판카지 길디얄 UCR 화학연구원은 "이는 촉매변환기를 사용해 탄화수소연료를 완전히 연소시키는 것과 유사하다"며 "여기서 촉매의 필요 없이 산화제 자체의 화학작용만으로 화학물질을 연소하고 전체 반응 에너지를 증가시킬 수 있었다"고 설명했다.
연구진은 매우 습한 환경에서 한달에 걸쳐 분해되는 나노 크기의 암모늄 보란 입자를 만들어냈으며, 현재 다양한 크기의 암모늄 보란 입자가 여러 환경에서 노화되는 방식을 연구하고 있다. 또한 습한 조건에서 안정성을 높이기 위해 보호 코팅으로 연료 입자를 캡슐화하는 방법을 개발하고 있다.
연구의 제1저자 프리트위시 비스워스 UCR 화학공학자는 "적절한 조건 하에서 암모니아 보란이 전기자동차 외에도 로켓을 작동시킬 수 있다는 사실을 처음으로 증명했다"고 밝히며 청정로켓연료에 대한 기대를 드러냈다.
이번 연구결과는 물리화학C저널(Journal of Physical Chemistry C)에 실렸다.
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