화석연료의 고갈 등으로 신재생 에너지에 대한 관심이 집중되고 있는 가운데 철을 미래의 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 지난 2005년 미국의 ‘오크 리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)’는 철을 비롯한 붕소, 알루미늄 등의 금속들을 자동차 연료 등으로 사용할 수 있는 방법을 발표했다. 

철의 녹는 점은 1535℃ 이고, 끊는 점이 2,750℃인 점을 고려해 볼 때 적어도 2,000~3,000℃ 온도를 가져야만 철을 비롯한 금속을 태울 수가 있을 것 같은데 현재 도로에서 운행중인 자동차 냉각수의 온도가 85~92℃라는 사실에 비추어 보면 허황된 이야기로 들리기도 한다. 금속 연료를 발화시키려는 온도가 바로 자동차를 다 태워버릴 수 있는 수준의 온도이기 때문이다.

하지만, 나노 기술이 결합된다면 이야기는 달라진다. 철가루를 머리카락 굵기의 1,000분의 1 수준인 50나노미터로 작게 만들 수 있으면 250℃라는 상대적으로 낮은 온도에서도 쉽게 탄다는 사실이 밟혀진 것이다. 연구진에 의하며 철가루가 50나노미터 수준의 작은 입자가 되면 작은 스파크에도 발화가 되는데 이는 입자의 부피 대비 표면적 비율이 매우 높은 수준으로 올라가 산소와의 반응이 활발하게 이루어지기 때문이라고 한다.

또한 나노입자의 철은 연소 후에도 남는 재가 거의 없고, 산화와 환원과정을 통해 언제든지 연료를 만들 수 있는 청정에너지로서의 성질을 갖는다고 한다. 철 나노 입자가 발화하는데 걸리는 시간은 0.01~0.2초 수준 밖에 되지 않아 자동차 연료로 활용하기에는 아직 무리가 있지만, 최근에는 철 나노 입자의 연소시간을 높이기 위해 철 나노 입자의 ‘클러스터(Cluster)’화에 대한 연구가 후속 연구로 진행 중이다. 현재 철 나노 클러스터의 연소시간은 0.5~2초 정도라고 한다.

철 뿐만 아니라 다른 금속의 연료화에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. ALICE라 불리는 ‘Aluminum-Ice’는 로켓 연료로 1960년대부터 연구가 된 소재이다. 나노 스케일의 알루미늄 파우더와 물을 썩어 반쯤 얼린 고체 연료로써 연소 후에 남는 것은 수소 기체와 무해한 산화 알루미늄으로 친환경 소재로 인식되고 있다. 실제로 로켓 연료에 알루미늄을 첨가하면 추진력이 10~20% 상승되는 효과가 있다고 한다.

현재 금속연료로 연구가 진행 중인 소재는 붕소, 알루미늄, 철 등으로 단위부피 및 질량 당 에너지 발생량은 붕소가 가장 높고 그 다음 알루미늄, 철 순이다. 붕소의 단위질량 당 에너지 발생량은 철의 6배 수준이다. 하지만, 철이 붕소 및 알루미늄 대비 가장 저렴한 소재이기 때문에 금속 연료로서의 철에 대한 연구도 꾸준히 이루어지고 있다. 아직은 초기단계지만 미래에 금속연료로서 철이 상용화 되어 매력적인 연료로 부상하길 기원한다.