혁신적인 기술 발전으로 인한 칼리포니아의 재생에너지 저장 업무에 대한 연구

칼리포니아는 재생에너지에 대한 스피드를 내며, 전력 그리드의 에너지 저장을 위해 혁신적인 기술이 절실히 필요합니다.夜와 겨울에 태양력 발전은 감소하며, 풍력 발전은 가변적입니다. 현재, 칼리포니아는 재생 에너지의 간헐적인 특성을 균형하기 위해 천연 가스에 크게 의존하고 있습니다.

스탠퍼드 대학교의 한 팀은 약속된 기술인 액체 수소 저장을 통해 재생에너지 저장 옵션을 향상시키기 위해 전념하고 있습니다.

“전력 그리드는 에너지를 생성할 때의 속도와 동시에 에너지를 사용하며, 그 시간에 사용하지 않고 저장할 수 없다면 버려야 합니다,”라고 인문과학부의 Robert Eckles Swain 교수인 Robert Waymouth가 말했습니다. Waymouth 교수는 혁신적인 기술인 액상 유기 수소 운반체(LOHCs)에 대한 연구를 통해 재생 에너지 저장 기술을 향상시키는 스탠퍼드 팀을 이끌고 있습니다. 그러나 수소는 이미 연료원으로 사용되고 있으며, 발전에도 차질을 일으키지 않고 수소를 포함하고 운반하는 것은 상당한 도전입니다.

Waymouth 교수는 “액체 연료에 전기 에너지를 선택적으로 변환하고 장기간 저장하기 위한 새로운 전략을 개발하고 있다”라고 설명했습니다. 교수는 이 연구 내용을 Journal of the American Chemical Society에 상세하게 기록한 논문의 공저자입니다. 또한 그는 “수소 가스를 생성하지 않고 액체 연료에 전기 에너지를 저장하는 새로운 선택적 촉매 시스템을 발견했습니다”라고 덧붙였습니다.

그리드 용접, 스마트폰 및 전기차에 사용되는 리튬 이온 배터리를 보완하기 위해 새로운 에너지 저장 기술이 연구되고 있습니다. 그 중 하나인 LOHCs는 수소를 효율적으로 저장하고 방출하는 잠재력을 가지고 있으며, “액체 배터리”처럼 작동하여 필요한 만큼 에너지를 저장하고 연료나 전기로 변환할 수 있습니다.

Waymouth 팀은 이소 프로판올과 아세톤을 수소 에너지 저장 및 방출 시스템의 주요 요소로 연구하고 있습니다. 이소 프로판올은 주로 손소독제로 알려진 것으로, 기존의 인프라를 통해 효율적으로 저장되거나 수송될 수 있는 수소의 고밀도 액체 형태로 유망한 기능을 가지고 있습니다. 필요한 시점에는 연료 전지에서 청정한 연료로 사용하거나 이산화탄소를 방출하지 않고 수소를 방출하는 데 사용될 수 있습니다.

그러나 현재는 전기를 사용하여 이소 프로판올을 더 효율적으로 생산하는 방법이 더 필요합니다. 이 과정은 물에서 두 개의 양자와 두 개의 전자를 수소 가스로 변환한 후 촉매에 의해 이소 프로판올을 생산하는 것을 포함합니다.

Waymouth 교수는 “하지만 이 과정에서 수소 가스는 필요하지 않습니다”라고 말했습니다. “수소 가스의 단위 체적 당 에너지 밀도가 낮습니다. 우리는 수소 가스를 생성하지 않고 양자와 전자에서 직접 이소 프로판올을 만들기 위한 방법이 필요합니다.”

이 연구의 주 저자인 Daniel Marron은 주요 문제에 집중하여 중요한 성과를 이뤄냈습니다. 그의 혁신적인 촉매 시스템은 수소 가스를 생성하지 않고 아세톤을 LOHC인 이소 프로판올로 효율적으로 변환할 수 있게 해줍니다. 이 촉매 시스템은 촉매로 이리듐을 사용하고 공동 촉매로 코발토세늄을 사용하며, 이전 기대치를 뛰어넘는 결과를 제시하며 유망한 해결책을 제공합니다.

코발트토세늄을 공동 촉매로 사용하는 것은 효과적으로 검증된 바 있으며, 이리듐 촉매에 직접 프로튼과 전자를 제공합니다. 이는 이 분야의 연구에 있어서 상당한 진전을 나타냅니다.

코발트는 배터리 산업에서 매우 소중한 재료로, 스탠퍼드 팀에 의한 코발토세늄 특성 이해의 이러한 진전은 다양한 과정을 위한 새로운 촉매 개발을 위한 길을 열 수 있습니다. 더 널리 사용되는 비관련품 철과 같은 비귀금속 지구금속 촉매의 사용을 탐구함으로써 향후 LOHC 시스템을 보다 저렴하고 쉽게 확장 가능하게 만들 수 있기를 희망합니다.

Waymouth 교수는 “우리는 기본적인 기초 과학이지만 액체 연료에 전기 에너지를 더 선택적으로 저장하기 위한 새로운 전략을 가지고 있다고 생각합니다”라고 말했습니다.

LOHC 시스템의 발전은 산업용 및 개인용 태양광 또는 풍력 발전소의 에너지 저장을 향상시킬 것입니다. 복잡한 작업에도 불구하고, Waymouth 교수는 이 과정을 상당히 우아하다고 요약했습니다.

“에너지가 과잉으로 발생하고 그리드에서 수요가 없을 때, 이소 프로판올로 저장합니다. 에너지가 필요한 경우 전기로 반환할 수 있습니다.”

다음은 이 기사를 기반으로한 FAQ 섹션입니다.

Q1: 왜 칼리포니아에서는 재생에너지 저장 기술에 집중하고 있는가?
A1: 칼리포니아는 재생에너지의 간헐적인 특성을 균형하기 위해 천연 가스에 의존하고 있습니다. 하지만 태양력 발전은 밤과 겨울에 감소하며, 풍력 발전은 가변적입니다. 따라서 전력 그리드의 에너지 저장 기술이 필요합니다.

Q2: 스탠퍼드 대학교의 어떤 팀이 재생에너지 저장 옵션을 향상시키기 위해 노력하고 있는가?
A2: 스탠퍼드 대학교의 한 팀은 액체 수소 저장을 통해 재생에너지 저장 옵션을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다.

Q3: LOHCs는 무엇을 의미하며, 재생 에너지 저장에 어떻게 활용될 수 있는가?
A3: LOHCs는 액체 수소 운반체로, 수소를 효율적으로 저장하고 방출할 수 있습니다. LOHCs는 “액체 배터리”처럼 작동하여 필요한 만큼 에너지를 저장하고 연료나 전기로 변환할 수 있습니다.

Q4: 스탠퍼드 팀은 어떤 물질을 연구하고 있으며, 이 물질의 잠재력은 무엇인가?
A4: 스탠퍼드 팀은 이소 프로판올과 아세톤을 연구하고 있으며, 이소 프로판올은 수소를 효율적으로 저장하고 방출하는 데 사용될 수 있는 고밀도 액체 형태의 유망한 기능을 가지고 있습니다.

Q5: Waymouth 교수의 연구 결과는 어떠한 성과를 이뤘는가?
A5: Waymouth 교수와 팀은 수소 가스를 생성하지 않고 아세톤을 이소 프로판올로 효율적으로 변환할 수 있는 촉매 시스템을 개발했습니다. 이 촉매 시스템은 다른 코발트토세늄과 이리듐 촉매 시스템보다 우수한 결과를 제시합니다.

다음은 관련된 링크입니다:
– 스탠퍼드 대학교
– Journal of the American Chemical Society