물 분할이란?

물 분할은 물의 화합물을 수소와 산소의 구성 요소로 분해하는 과정입니다. 물 분할에 대한 많은 접근 방식이 있으며, 그중 가장 일반적인 것은 전기 분해이며, 전류는 물을 통과하여 수소 및 산소 이온을 생성합니다. 물에서 수소와 산소를 분리하는 데 필요한 에너지와 연료의 순수한 수소에서 나중에 도출 될 수있는 에너지의 측면에서 많은 물 분리 방법이 에너지 효율적이지는 않지만, 공정은 대체 할 수있는 대안으로 간주됩니다 화석 연료 의존. 태양열 발전과 새로운 화학 촉매를 사용하여 물을 나누는 응용 분야는 온실 가스 배출이나 공정에서 다른 오염 물질을 생성하지 않고 재생 가능한 순 에너지 이득을 얻는 유망한 방법을 제공합니다.

빛의 에너지를 사용하거나 풍력과 같은 다른 재생 가능한 에너지 원을 사용하는 광촉매 수는 현재 새로운 형태의 전기 분해로 전류를 생성하기 위해 사용되고 있습니다. 목표는 햇빛과 같은 재생 가능 에너지 원에 의해 완전히 연료가 공급되는 물 분할 시스템을 만들어서 수소 생산이 화석 연료와 경쟁 할 수 있도록하는 것입니다. 이 공정의 과제는 저렴하고 내구성있는 재료로 만들어진 전극을 개발하는 것이 었습니다. 코발트 및 붕산 니켈 화합물은 증가 된 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 저렴하고 제조하기 쉽다. 이 새로운 전극 화합물은 상업용 태양 연료 생산 시스템에서 안전하지만 위험한 알칼리 화합물을 전해질 용액으로 사용하는 산업용 전기 분해 방법의 효율성과 아직 경쟁 할 수는 없습니다.

에너지 획득 측면에서 가장 확실한 물 분배 메커니즘은 식물이 햇빛을 화학 에너지로 변환하는 데 사용하는 광합성 과정을 기반으로합니다. 이를위한 자연 시스템은 매우 느리고 인공 시스템은 1972 년 일본에서 연구가 시작되었을 때 처음에는 1 % 미만의 효율을 보였지만 새로운 프로세스는 수소 생산 수준을 높이고 있습니다. 2007 년 일본 연구자들은 수소화 된 미세 결정질 실리콘으로 만들어진 전극을 백금 나노 입자로 코팅하기 시작했으며, 이는 전극의 안정성과 수명 및 물 분할에서의 촉매 능력을 더욱 증가시켰다.

미국의 NREL (National Renewable Energy Laboratory)의 유사한 연구에서도 2015 년 1,000 년에서 2015 년 20,000 시간으로 전극의 내구성이 향상되면서 2015 년 태양에서 수소 효율로 전환율 14 %를 목표로하고있다. 이 효율이 증가함에 따라 수소 연료 생산 비용은 2005 년 H2를 생산하는 킬로그램 ($ / kg) 당 US 달러 (USD)가 2015 년에 $ 360 / kg에서 2015 년에 $ 5 / kg로 감소하면서 감소합니다. 수소를 생산하기 위해 물을 쪼개는 것은 천연 가스의 개질로부터 수 소계 연료를 생성하는 것보다 여전히 3-10 배 더 비싸다. 이 연구는 기존 에너지 부문과 경제적으로 경쟁하기 전에 아직 갈 길이 멀다.