Update2024.10.05 (토)
먹고남은 폐 커피분말로 만든 우수한 성능의 탄소 연료전지를 통해 환경보호 및 에너지 절감에 기여함은 물론이고 향후 각 커피전문점에서 지역별 에너지원의 새로운 가능성을 제공할 것으로 보인다.
GIST는 이재영 환경공학부 교수((교신저자·에틀(Ertl) 촉매 연구센터)가 주도하고 장한샘 박사과정생(제1저자)이 폐 커피분말을 활용해 탄소연료전지를 구동 시키는데 성공했다고 지난 6일 밝혔다.
미국 농무부가 2014년에 발표한 자료에 따르면 현재 세계 연간 커피 소비량은 880만 톤을 넘어섰지만, 이에 따라 발생하는 엄청난 양의 폐 커피분말의 활용도는 매우 낮다. 재활용된 경우에도 최종적으로 생성되는 폐기물 처리에 대해 어려움을 겪고 있다.
최근에는 폐 커피분말을 첨가제로 이용하거나 바이오연료로 개질(改質)하는 많은 연구가 진행 중이지만, 일회적 사용 이후 생성되는 새로운 폐기물의 처리 문제, 개질 과정에서 손실되는 에너지 문제는 아직 극복 과제로 남아 있다.
이에 GIST연구팀은 친환경적이고 경제적인 방식으로 폐 커피분말을 연료로 직접 사용해 우수한 성능으로 탄소연료전지의 전력 생산에 성공하였고, 커피분말과 같은 바이오매스의 에너지원 활용 가능성을 제시했다.
기존 바이오매스 물질을 이용한 탄소연료전지 연구에서는 흔히 탄화 혹은 가스화 과정을 통해 개질된 연료를 사용하지만, 연구팀은 특별한 처리 없이 실험실에서 사용하고 남은 폐 커피분말을 3일간 자연 건조한 뒤 이를 연료로 사용했다.
연구팀은 자연 건조한 폐 커피분말을 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol)과 섞어 젤(gel) 상태로 만들고, 이를 단전지에 올린 후 알루미나 반응기에 넣어 실험을 수행하였다.
그 결과 일반적으로 연료로 사용되는 카본블랙 등의 고품위 탄소원에 비해 성능이 88% 향상된 전력을 얻었으며, 이는 탄소연료전지의 구동 중 폐 커피분말의 내부 개질에 기인한 것임을 규명하였다.
아울러 폐 커피분말을 전력 생산에 사용한 후에는 소량의 회분 밖에 남지 않았으며, 생성물은 주로 수증기와 고(高)순도 이산화탄소이기 때문에 탄소연료전지 기술이 폐 커피분말 활용에 우수한 것으로 나타났다.
이재영 교수는 “이번 성과는 폐 커피분말을 친환경 에너지원으로 활용한 지역별 소규모 분산전원 보급에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이어 “국내 연간 커피 소비량(12만 톤·2014년)과 전기 소비량(4800kWh·2013년)을 고려할 때 폐 커피분말을 활용한 탄소연료전지 기술을 발전시키면 연간 약 3만5000여 가구 또는 연간 6000여 곳의 중소 규모 커피숍에 전력을 공급할 수 있을 것으로 전망된다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP)이 지원하는 신재생에너지기술개발사업(직접탄소 연료전지 원천 기술개발)의 지원으로 수행되었고, 에너지‧연료 분야의 세계적인 학술지인 Journal of Power Sources 8월 1일자 온라인판에 게재되었다.
