알루미늄과 물을 사용하여 깨끗한 수소 연료를 만듭니다 — 필요할 때, 필요한 곳에서

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세계가 화석 연료에서 벗어나려고 노력함에 따라 많은 연구자들은 청정 수소 연료가 운송, 산업, 건물 및 발전에 이르기까지 다양한 분야에서 확장된 역할을 할 수 있는지 조사하고 있습니다. 연료전지 차량, 열을 생산하는 보일러, 전기를 생산하는 가스 터빈, 재생 에너지 저장 시스템 등에 사용될 수 있습니다.

그러나 수소를 사용하면 탄소 배출이 발생하지 않지만 일반적으로 탄소 배출이 발생합니다. 오늘날 거의 모든 수소는 전 세계 온실가스 배출량의 2% 이상을 발생시키는 화석 연료 기반 공정을 사용하여 생산됩니다. 또한, 수소는 한 곳에서 생산되어 다른 곳에서 소비되는 경우가 많기 때문에 수소 사용 시 물류 문제도 발생합니다.

유망한 반응

수소를 생산하는 또 다른 옵션은 알루미늄과 물의 반응이라는 놀라운 소스에서 비롯됩니다. 알루미늄 금속은 실온에서 물과 쉽게 반응하여 수산화알루미늄과 수소를 형성합니다. 이러한 반응은 일반적으로 산화알루미늄 층이 원시 금속을 코팅하여 물과 직접 접촉하는 것을 방지하기 때문에 발생하지 않습니다.

알루미늄-물 반응을 사용하여 수소를 생성하면 온실가스 배출이 발생하지 않으며 물이 있는 모든 위치의 운송 문제를 해결할 수 있습니다. 알루미늄을 옮기고 현장에서 물과 반응시키기만 하면 됩니다. MIT 기계공학과 교수인 Douglas P. Hart는 “기본적으로 알루미늄은 수소를 저장하는 메커니즘이자 매우 효과적인 메커니즘이 됩니다. "알루미늄을 공급원으로 사용하면 압축 가스로 저장하는 것보다 10배 더 높은 밀도로 수소를 '저장'할 수 있습니다."

두 가지 문제로 인해 알루미늄이 수소 생성을 위한 안전하고 경제적인 공급원으로 사용되지 못하고 있습니다. 첫 번째 문제는 알루미늄 표면이 깨끗하고 물과 반응할 수 있는지 확인하는 것입니다. 이를 위해 실제 시스템에는 먼저 산화물 층을 수정한 다음 반응이 진행됨에 따라 재형성되는 것을 방지하는 수단이 포함되어야 합니다.

두 번째 문제는 순수 알루미늄은 채굴하고 생산하는 데 에너지 집약적이므로 실용적인 접근 방식에서는 다양한 출처의 알루미늄 스크랩을 사용해야 한다는 것입니다. 그러나 스크랩 알루미늄은 쉬운 출발 물질이 아닙니다. 이는 일반적으로 합금 형태로 발생합니다. 즉, 다양한 용도로 알루미늄의 특성이나 특성을 변경하기 위해 추가되는 다른 요소가 포함되어 있음을 의미합니다. 예를 들어, 마그네슘을 첨가하면 강도와 내식성이 향상되고, 실리콘을 첨가하면 녹는점이 낮아지며, 이 두 가지를 모두 첨가하면 적당히 강하고 내식성이 있는 합금이 됩니다.

수소 공급원인 알루미늄에 대한 상당한 연구에도 불구하고 두 가지 주요 질문이 남아 있습니다. 알루미늄 표면에 산화물 층이 달라붙는 것을 방지하는 가장 좋은 방법은 무엇이며, 알루미늄 스크랩의 합금 원소는 수소의 총량에 어떻게 영향을 줍니까? 생성되고 생성되는 속도는 무엇입니까?

"실제 응용 분야에서 수소 생성을 위해 알루미늄 스크랩을 사용하려면 알루미늄-물 반응에서 관찰하게 될 수소 생성 특성을 더 잘 예측할 수 있어야 합니다."라고 Laureen Meroueh PhD '20은 말합니다. , 기계공학 박사 학위를 취득했습니다.

반응의 기본 단계가 잘 이해되지 않았기 때문에 다양한 유형과 농도의 합금 원소를 포함할 수 있는 스크랩 알루미늄에서 수소가 형성되는 속도와 부피를 예측하기가 어려웠습니다. 그래서 Hart, Meroueh, 그리고 MIT 재료공학부 재료 공학 및 엔지니어링 관리 교수인 Thomas W. Eagar는 이러한 합금 원소가 알루미늄-물 반응에 미치는 영향을 체계적인 방식으로 조사하기로 결정했습니다. 간섭 산화물 층의 형성을 방지하는 유망한 기술에 관한 것입니다.