도호쿠 대학, 홋카이도 대학, 미야기 대학 및 도호쿠 대학 출발 벤처 기업인 AZUL Energy 주식회사는 산업 폐기물인 호야 껍질과 축산업에서 나오는 폐기 혈액을 효과적으로 이용함으로써 높은 활성을 가진 양성 전극 촉매 "나노 혈탄"을 합성하는 데 성공했다.
숯에 동물의 혈액을 걸어 소성하면 얻어지는 「혈탄」은, 옛부터 일본에서 표백제 등으로서 이용되어, 탄소가 가지는 흡착 기능과, 헴철 등의 혈액 유래의 헤테로 원소 성분이 가져오는 촉매 작용 을 함께 가지고 있다.현대에서도, 헤테로 원소를 도입한 탄소 재료(헤테로 원소 도핑 탄소)는 다양한 전기 화학 반응을 촉매할 수 있는 것으로 알려져, 전지의 전극 촉매로서의 응용이 기대되고 있다.
한편, 도호쿠 산리쿠 지역 특산의 호야는 유일하게 셀룰로오스를 생산할 수 있는 동물이며, 호야 껍질에 축적된 셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 탄화하면 품질이 좋은 탄소가 되는 것을 알고 있다.또한 축산업에서 나오는 폐기 혈액을 건조한 건조혈분에는 헴철이나 질소·인 등의 원소가 대량으로 포함되어 있기 때문에 본 연구에서는 이들을 혼합·소성함으로써 산업폐기 물건을 활용하여 헤테로원소 도프 탄소를 합성할 수 있는 것은 아닐까 생각했다.
실제로, 호야 껍질 유래 CNF와 건조 혈분을 혼합하여 소성한 결과, 나노 사이즈의 탄소 구조와 철, 질소, 인 등의 다양한 헤테로 원소가 복합화된 「나노 혈탄」이 생겼다.이 「나노 혈탄」은, 산소 환원 반응·산소 발생 반응의 양쪽에 높은 활성을 가지는 양성 전극 촉매이며, 백금 탄소 촉매 등의 레어 메탈을 이용한 전극 촉매에 필적하는 성능을 갖는 것이 밝혀졌다 라고 한다.
본 연구 성과는 처리에 곤란했던 산업 폐기물을 차세대 에너지 디바이스의 제조로 활용할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 자원 순환·에너지 순환을 촉진하고 SDGs의 추진에도 이바지하는 기술이 될 것으로 기대 된다.
