팔리고스카이트 내 수소 및 이산화탄소 나노공간한정

초록

탄소중립을 위한 이산화탄소 저감 기술 및 대체 에너지에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 팔리고스카이트(palygorskite)는 리본 구조를 가지는 점토광물로 넓은 표면적의 나노크기의 공극을 가지고 있어, 지구온난화의주범인 이산화탄소(CO2)를 포집하고 친환경 대체 에너지인 수소(H2)를 저장할 수 있는 물질로 제안된 바 있다. 이번 논문에서는 대정준 몬테 카를로(grand canonical Monte carlo) 시뮬레이션을 사용하여 팔리고스카이트 나노공극으로의 CO2 및 H2 분자의 흡착 등온선과 기작에 대한 기초연구의 예비 결과를 보고한다. 실온에서 기체의 분압관련 변수인 화학 포텐셜(chemical potential)의 증가에 따라 나노공극에 흡착되는 CO2 및 H2 함량은 증가하였다. CO2 와 비교하여, H2 의 흡착은 더 높은 화학 포텐셜, 즉 높은 에너지가 필요하였다. 이론 계산으로 얻은 나노공극에서의 평균 제곱 변위(mean squared displacement)는 CO2 보다 H2 가 훨씬 높았으며 기존 실험 결과와 일치했다. CO2 는 나노공극에서 일렬로 배열된 반면, H2 는 매우 불규칙한 배열을 보였다. 이번 연구 방법은 CO2 및 H2 를 저장 가능한 지구물질 광물을 찾는 개발연구뿐만 아니라, 지중환경에서 유체와 광물의 반응을 근본적으로 이해하는데 기여할 것으로 기대한다.

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