[요약]
- 달걀은 다양한 분야에서 사용되고 있지만, 껍데기는 대부분 고형 폐기물로 버려지고 있으며, 살모넬라균의 독성과 독한 냄새 등의 문제가 발생
- 이에 연구팀은 달걀 껍데기과 난각막을 전해질 및 양극재 등으로 재활용 할 수 있게 하는 메커니즘을 개발
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호주 Murdoch 대학 연구팀은 일반적으로 버려지는 달걀 껍데기가 기존보다 안전하고 지속 가능하며 비용 효율적인 충전식 배터리 보관 시스템을 개발하는 과정의 해답이 될 수 있다고 설명
- 달걀 및 관련 제품은 식품 가공 및 제조 부문, 가정, 영양 산업, 심지어 제약 산업에서도 대량으로 사용되지만, 그 껍데기는 비료와 동물 사료 성분으로 사용되는 일부를 제외하고는 일반적으로 고형 폐기물로 분류
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- 달걀 껍데기는 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성된 외부의 단단한 껍데기와 황과 탄소를 함유한 단백질 섬유로 구성된 “난각막(단백질 막)”이라고 불리는 인접한 얇은 막으로 구성
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- 버려진 닭고기 달걀은 독성을 증가시키며, 남아 있는 달걀 껍데기의 난각막으로 인해 매립지에서 살모넬라균의 성장을 유발
- 달걀은 인간 비장티푸스 감염의 가장 흔한 원인인 인간 살모넬라증의 주요 원인 중 하나
- 내막의 단백질 섬유가 분해되기 시작하면 황화수소 가스 방출로 인해 계란 썩는 냄새가 발생하며, 작업자와 주변 지역사회에도 불쾌함을 초래
- 버려진 닭고기 달걀은 독성을 증가시키며, 남아 있는 달걀 껍데기의 난각막으로 인해 매립지에서 살모넬라균의 성장을 유발
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- 또한 처리되지 않은 달걀 껍데기 폐기물을 매립지로 보내는 데는 매립 위치에 따라 톤당 40달러 이상의 비용이 소요
- 연구팀은 바이오 폐기물인 달걀 껍데기가 적절한 폐기물 관리 계획을 통해 에너지 저장 재료로 활용될 수 있음을 발견
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- 난각막은 안정성이 높고 금속 이온 흡착 능력이 있어 표면적이 높아 템플릿으로 사용
- 나노구조 금속 산화물 전극을 합성하기 위한 전구체로 생물폐기물 템플릿을 사용하는 것은 에너지 저장 응용을 위한 다공성 물질을 생산하는 독특한 접근 방식
- 난각막은 안정성이 높고 금속 이온 흡착 능력이 있어 표면적이 높아 템플릿으로 사용
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- 난각막의 작용기 존재와 섬유질 특성은 난각막의 적정량 첨가 시 높은 저장성을 가지며 우수한 전기화학적 성능
- 난각막 유래 금속 산화물 전극의 다공성 특성은 산화 환원 공정에서 대부분의 물질에 NaOH 이온이 침투하는 효과를 향상
- 난각막의 작용기 존재와 섬유질 특성은 난각막의 적정량 첨가 시 높은 저장성을 가지며 우수한 전기화학적 성능
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- 달걀 껍데기(주로 CaCO3)를 분말로 분쇄해 에너지 저장에 적합한 양극재로 사용이 가능한 것을 확인
- 달걀 껍데기의 전기화학적 성능은 이온의 흡착ㆍ탈착을 포함한 유사한 응용 분야에 널리 사용되는 고전적인 활성탄 전극과 비교할 수 있을 정도
- CaCO3이 더 높은 온도로 가열되면 CaO가 형성되며 배터리 유형 거동을 보여주는 물질 내 전자 이동과 관련된 전형적인 산화환원 유형 거동이 표출
- 900°C에서 소성된 달걀 껍데기의 X선 회절 분석 결과는 방해석의 열분해 결과와 비슷한 순수한 CaO 물질을 형성하며, 해당 물질이 에너지 저장에 적합하다는 것을 증명
- 달걀 껍데기(주로 CaCO3)를 분말로 분쇄해 에너지 저장에 적합한 양극재로 사용이 가능한 것을 확인
[시사점]
- 경제적, 사회적 측면을 고려하였을 때 달걀 껍데기, 난각막(음식 폐기물), 생체고분자 키토산(해산물 폐기물), 밀짚(농업 폐기물) 등의 폐기물을 에너지 저장재료로 재활용하기 위한 폐기물 가치화 혁신이 필요
- 달걀 껍데기에서 유래된 탄소 물질은 훨씬 더 비싼 그래핀 및 탄소나노튜브와 같은 고급 탄소 나노 물질을 부분적으로 대체하는 데 사용될 수 있기 때문에, 이러한 고부가가치 시장은 폐기되는 달걀 껍데기 처리 비용을 상당 부분 보전
- 폐기물 재활용을 통해 환경 보전과 더불어 과거와 현재에 사용되는 비싸고 비실용적인 전력 저장 기술에 대한 대안을 제공하는 전극 재료 및 전해질과 관련된 새로운 메커니즘 개발이 가능
[출처]
- TechXplore, Renewable energy battery systems could harness eggshell proteins for electricity conduction, 2023.10.18.
- Flinders University, Studies on oxides ,phosphates, molybdates, and other sustainable materials for batteries and supercapacitors with electrochemical insights, 2023.9.6.
