새로운 방법은 이러한 깃털을 유용하게 활용한다. 간단하고 환경 친화적인 공정을 사용하여 연구진은 깃털에서 단백질 케라틴을 추출하여 이를 아밀로이드 원섬유라고 알려진 초극세 섬유로 변환한다. 이러한 케라틴 원섬유는 계속해서 연료 전지의 막에 사용된다.

연료전지는 수소와 산소로부터 CO2가 없는 전기를 생성하고 열과 물만 방출한다. 미래에는 지속 가능한 에너지원으로서 중요한 역할을 할 수 있다. 모든 연료전지의 중심에는 반투막이 있다. 양성자는 통과할 수 있지만 전자는 차단되어 전자가 외부 회로를 통해 음전하 양극에서 양전하 음극으로 흐르도록 하여 전류를 생성한다.

기존 연료전지에서 이러한 막은 지금까지 독성이 강한 화학물질, 즉 비싸고 환경에서 분해되지 않는 "영원한 화학물질"을 사용하여 만들어졌다. 반면에 새로운 막은 주로 생물학적 케라틴으로 구성되어 있으며 환경 친화적이며 대량으로 사용할 수 있다. 닭 깃털의 케라틴은 90%이다. 이는 실험실에서 제조된 멤브레인이 이미 기존 멤브레인보다 최대 3배 저렴하다는 것을 의미한다.

“나는 음식물 쓰레기를 재생 에너지 시스템에 사용할 수 있는 다양한 방법을 연구하는 데 수년을 바쳤다.”라고 ETH 취리히의 식품 및 연성 소재 교수인 라파엘레 메젠가는 말한다.

“우리의 최신 개발은 다음과 같은 주기를 마무리한다: 우리는 연소 시 CO2와 독성 가스를 방출하는 물질을 다른 환경에서 사용하고 있다. 우리의 신기술을 사용하면 독성 물질을 대체할 뿐만 아니라 CO2 방출을 방지하여 전반적인 탄소 발자국 주기를 줄일 수 있다.”

그러나 수소가 지속 가능한 에너지원으로 자리잡기 위해서는 극복해야 할 또 다른 과제가 있다. 메젠가는 “수소는 우주에서 가장 풍부한 원소이다. 불행히도 지구에는 없다.”고 말한다. 이곳에서는 수소가 순수한 형태로 발생하지 않기 때문에 생산을 해야 하는데, 이를 위해서는 많은 에너지가 필요하다. 여기에서도 새로운 막은 연료전지뿐만 아니라 물 분해에도 사용될 수 있기 때문에 미래에 유용하게 사용될 수 있다.

전기분해라고 알려진 과정에서 직류가 물을 통과하여 양전하를 띤 양극에서 산소가 형성되고 음전하를 띤 음극에서 수소가 빠져나간다. 순수한 물은 이 공정에 전도성이 충분하지 않으며 종종 산을 첨가해야 한다. 그러나 새로운 막은 양성자 투과성이 있으므로 순수한 물에서도 효율적인 물 분해에 필요한 양극과 음극 사이의 입자 이동이 가능하다.

연구자들의 다음 단계는 각질막이 얼마나 안정적이고 내구성이 있는지 조사하고 필요한 경우 이를 개선하는 것이다. 연구팀은 이미 멤브레인에 대한 공동 특허를 출원했으며 현재 기술을 더욱 발전시켜 시장에 출시할 투자자나 기업을 찾고 있다.

추가 공동저자는 ETH 취리히와 난양 기술 대학교 싱가포르 출신이다.

출처: ETH 취리히