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그을음, 에너지재료로 활용 한다
한국해양대, 선박 배출 미세먼지 재활용 방안 개발
2018년 04월 10일 (화) 14:33:53 한국전력신문 webmaster@epnews.co.kr

리튬이온전지 음극물질로 활용…네이처 자매지게재

한국해양대 연구진이 선박이 배출하는 미세먼지 발생물질인 그을음을 에너지재료로 새롭게 활용하는 방안을 개발했다.

한국해양대(총장 박한일)는 해사대학 최재혁·이원주·강준 교수가 각자 주요 연구 분야를 아우르는 융합연구를 통해 선박이 발생시키는 그을음(soot)의 탄소를 리튬이온전지 전극물질로 활용한 논문을 최근 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific reports)에 게재했다고 10일 밝혔다.

논문 제목은 ‘Recycling Waste Soot from Merchant Ships to Produce Anode Materials for Rechargeable Lithium-Ion Batteries(상선에서 발생하는 폐기물 재활용을 통한 충전식 리튬 이온 배터리용 음극재 생산)’이다.

 선박에서 발생하는 그을음은 5,300TEU 컨테이너선 기준으로 연간 약 1톤이 발생하며 대부분의 해운회사들은 이러한 그을음을 모아 폐기물업체에 비용을 지불하여 처리하고 있다. 폐기물 업체는 열분해 등의 방법으로 처리하고 있지만 미세 먼지 등을 발생시키는 큰 요인이 되기도 한다.

 본 연구는 쓰레기라고 여겨지던 폐기물을 에너지재료로 사용함으로써 에너지와 환경에 도움을 주는 방안으로 주목받고 있다.

휴대폰, 전기차 등 일상생활과 밀접한 다양한 곳에 사용되는 리튬 이온 전지의 전극물질은 흑연이고, 흑연은 천연흑연과 인조흑연으로 나뉜다. 이 가운데 인조흑연은 충전재(coke 등)와 결합재(pitch 등)를 혼합하여 성형, 탄화과정을 거친 후 2,500°C 이상의 고온에서 인공적으로 결정을 발달시킨(흑연화) 합성흑연으로, 천연흑연에 비해 순도가 높으나 가격이 비싼 게 흠이다.

연구팀은 인조흑연의 단점을 보완하고자 선박에서 필연적으로 발생하는 그을음(soot)을 이용해 인조흑연의 제조를 시도했다. 흑연화 과정을 거친 그을음은 구형의 탄소 구조체인 카본 나노 오니언(carbon nano onion)의 형태로 구조가 발달하며, 리튬이온전지 전극물질로 테스트한 결과 약 270mAg/g의 방전용량이 나타나 리튬이온전지 활물질로 사용가능한 것을 확인했다. 또한 그을음은 활물질뿐만 아니라 도전재(導電材)로도 활용이 가능함을 확인했으며 이와 관련된 지적재산권을 확보해 둔 상태이다.

인조흑연은 원료비를 비롯해 탄화 및 흑연화 공정 등이 필요한 반면 그을음은 원료비 걱정이 없고 이미 탄화된 상태여서 흑연화 과정만 거치면 되기 때문에 가격경쟁력이 높다.

 
한편 이번 연구는 SM그룹의 적극적인 지원을 통해 진행됐다. SM그룹 해운부문사(대한해운, SM상선, 대한상선)의 종합선박관리를 담당하고 있는 국내 대표적인 선박관리전문회사인 KLCSM주식회사(박찬민 대표)와 MOU를 체결한 후, KLCSM의 자사 관리선박에서 발생한 폐 그을음을 공급받아 연구를 진행했으며 본 논문 게재 후에는 SM그룹의 배터리 전문 생산업체인 SM벡셀을 통해서 리튬이온 배터리의 음극재 물질로 활용 가능함을 재확인했다.

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