폐플라스틱을 고부가가치 그래핀으로 전환하는 데 중점을 둔 획기적인 연구가 신흥 녹색수소산업에 잠재적으로 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 수소생산 방법을 공개했다. 이 획기적인 발전은 전 세계적으로 약 63억 톤에 달하는 플라스틱 폐기물을 재활용하기 위한 지속 가능한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 청정 연료인 고품질 수소 가스를 생산한다. 더욱이, 이 공정은 최종 제품으로 그래핀을 생산하므로 전체 공정이 경제적으로 실행 가능하다. 이 혁신에 대한 자세한 내용은 Advanced Materials에 게재된 최근 논문에 요약되어 있다.

비용 효율적인 녹색 수소 생산은 기존 화석 연료에 비해 가격이 비싸기 때문에 산업 규모를 확대하는 데 중요한 장벽이 되어 왔다. 수소는 다양한 산업 응용 분야에서 널리 사용되지만 대부분은 회색 수소로 분류되는 화석 연료에서 생산된다. 청정 에너지원에서 생산되는 그린 수소는 현재 수소 시장에서 극히 일부에 불과하다.

그러나 녹색 수소 생산이 그래핀 제조의 부산물이라면 청정 연료는 본질적으로 상당한 이익을 창출하면서 그 자체로 비용을 지불한다. 라이스대학교의 선구적인 연구를 주도한 케빈 위스(Kevin Wyss) 박사는 “종류별로 분류하거나 세척할 필요가 없는 혼합 폐플라스틱을 포함한 폐플라스틱을 고수율 수소가스와 고부가가치 그래핀으로 전환했다”고 설명했다. 생산된 그래핀을 현재 시장 가치의 5%(95% 할인)에 판매한다면 깨끗한 수소를 무료로 생산할 수 있습니다.” 수소가 '친환경'으로 간주되려면 프로세스가 재생 가능한 에너지원을 통해 구동되어야 한다는 점에 유의하는 것이 중요하다.

이 공정은 라이스 대학교에서 개발된 플래시 줄 가열(Flash Joule Heating)이라는 기술을 활용한다. 이 기술에는 플라스틱을 작은 입자로 분쇄하고 전도성 물질과 혼합한 다음 혼합물을 튜브에 넣고 매우 높은 전압을 가하는 작업이 포함된다. 단 4초 만에 화씨 약 5,000도에 도달하는 급속 가열로 인해 플라스틱의 탄소 원자가 그래핀으로 융합되어 그 과정에서 휘발성 가스 혼합물이 방출된다. 특히, 생성되는 가스 중에는 상당량의 매우 순수한 수소가 포함되어 있다. 또한, 가스에 포함된 모든 탄소가 그래핀으로 변환되므로 이 공정에서 이산화탄소가 배출되지 않다.

다소 느린 시작에도 불구하고 녹색 수소 산업은 특히 철강 제조 및 운송과 같이 탈탄소화가 어려운 부문에서 전 세계적인 탈탄소화 노력에 대한 엄청난 가능성을 갖고 있다. 수소는 산업용 용광로에서 화석 연료를 대체할 수 있어 연소 시 수증기만 남게 되어 이산화탄소 배출을 크게 줄일 수 있다. Bloomberg Green의 보고서에서 강조한 바와 같이 섭씨 1,500도(화씨 2,732도)에서 작동하는 용광로의 화석 연료를 수소로 교체하면 산업 부문에서 발생하는 전 세계 이산화탄소 배출량의 20%를 크게 줄일 수 있다.

그러나 이러한 중공업을 그린 수소로 전환함으로써 얻을 수 있는 잠재적 이점은 분명해 보이지만 현실은 더욱 미묘하다. 녹색 수소 생산에는 다른 응용 분야에서 보다 효율적으로 사용될 수 있는 상당한 양의 청정 에너지가 필요하다. 국제재생에너지기구(IRENA)의 2022년 보고서는 '수소의 무분별한 사용'에 대해 경고하고 탈탄소화 세계에서 녹색 수소의 역할에 대한 사려 깊은 평가의 필요성을 강조한다.

따라서 녹색 수소의 규모 확대는 다양한 맥락에서 신중한 비용 편익 분석과 균형을 이루어야 한다. 그럼에도 불구하고, 플라스틱 폐기물을 제거하고 수익을 창출하는 추가적인 이점은 이 놀라운 혁신의 매력을 더욱 강화한다.

작성자: Impact Lab