와이오밍 대학 연구원들이 구리 포일, 유리 용기, 그리고 가정용 전자레인지를 사용하여 분쇄된 석탄가루를 고가의 나노-흑연(nano-graphite)으로 변환할 수 있다는 사실을 증명했다. 나노-흑연은 소화기에서부터 리튬이온배터리 연료까지 다양한 용도로로 사용된다.

이번 발견은 기후 변화에 대한 우려로 인해 전력 생산을 위한 석탄 수요가 감소하고 있는 상황에서 와이오밍주 '파우더 리버 분지(Powder River Basin)'에서 생산되는 석탄의 대체 용도를 찾기 위한 노력의 일환 중 하나로 진행됐다.

‘나노-구조&나노-물체(Nano-Structures & Nano-Objects)’ 저널에 실린 논문에서 와이오밍 대학 연구원들은 전자레인지를 이용해서 석탄 원광석 분말을 나노-흑연으로 변환하는 방법을 발견했다고 발표했다. 이번 기술은 석탄을 아주 저렴한 방법으로 간단하게 변환하는 기술의 첫 번째 과정을 보여주는 새로운 접근법이다.

석탄가루를 전처리 없이 고부가 가치 품질로 바꿔

와이오밍 대학 물리학및천문학과의 테유 치엔(TeYu Chien) 교수는 “이 방법은 풍부한 석탄을 생태학적, 경제적 이점을 가진 고부가 가치의 물질로 전환하는 새로운 길을 제공한다"고 설명했다.

과학자들은 이미 이전 연구에서 극초단파가 석탄의 수분 함량을 줄이고 석탄에서 황과 다른 광물들을 제거하기 위해 사용될 수 있다는 것을 확인했다. 그러나 이전 연구에서는 대부분 석탄을 화학적으로 전처리를 해야 했다.

이번 연구에서 과학자들은 별도의 화학적 전처리를 하지 않고 극초단파가 발생하는 가정용 전자레인지를 이용해 이 같은 성과를 얻었다. 다만 석탄을 가루로 만들었을 뿐이다.

과학자들은 석탄가루를 구리 포일 위에 올려놓고, 이어 아르곤 가스와 수소 가스가 혼합된 유리 용기에 밀봉했다. 상업용 전자레인지는 석탄을 흑연으로 바꾸는데 필요한 수준의 극초단파를 발생하기 때문에 활용됐다.

전자레인지에서 구리 포일 이용 980℃ 발생

전자레인지에 의해 야기된 불꽃은 석탄가루를 다결정 흑연으로 변환하는데 필요한 높은 온도를 발생시켰고, 구리 포일과 수소 가스 또한 그 과정에 기여했다. 실험에서는 전자레인지를 3분에서 45분까지 돌려서 실시했지만, 최적 가동 시간은 15분이었다.

연구원들은 이 새로운 석탄 변환 방법을 가다듬으면 더 많은 양의 질 높은 나노 흑연 물질을 생산하는데 이용될 수 있다고 말했다.

또한 이번 기술은 제한된 흑연 매장량으로 인한 불안과 현재 사용 중인 흑연 추출 방법이 환경적인 문제를 야기한다는 우려를 부식시킬 수 있을 것이라고 과학자들은 설명했다.