"폐글리세롤 이용 수소·고부가 화학소재 동시 생산 성공"

[창원=뉴시스]홍정명 기자 = 국내 연구진이 바이오디젤(식물성 기름 등을 활용한 친환경 연료) 산업 부산물인 글리세롤을 활용해 수소와 고부가가치 화학물질을 동시에 생산할 수 있는 고효율 전기화학 시스템 개발에 성공했다.

한국재료연구원(KIMS)은 에너지·환경재료연구본부 수소전지재료연구센터 양주찬 박사 연구팀과 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 장지욱 임한권 이호식 교수 연구팀이 공동 개발한 이번 연구 성과는 기존 수전해 공정의 핵심 병목이었던 산소 발생 반응을 대체해 수소 생산 효율을 높이고 활용 범위를 확장한 차세대 전환 기술을 완성했다는 점에서 의미가 있다고 14일 밝혔다.

수소는 탄소중립시대 핵심 에너지원이다. 친환경적 생산을 위한 수전해 기술 개발 활발히 진행되고 있지만 기존의 수전해 방식은 물을 전기로 분해하는 과정에서 양극에서 필수적으로 동반되는 산소 발생 반응이 에너지를 많이 요구하고, 반응 속도도 느려 전체 공정 효율을 떨어뜨려 경제성까지 낮추는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 이러한 한계 극복을 위해 물을 대체해 유기물인 글리세롤을 활용하고 이의 산화 반응을 양극에 적용한 음이온 교환막 수전해 시스템을 개발했다.

특히 이번 기술은 수소 생산과 동시에 포름산염과 같은 화학 원료를 함께 만들어낼 수 있어 기존 수전해 기술과 차별화된다.

기존 수전해 기술이 수소만 생산하는 단일 공정이었다면 개발한 기술은 에너지와 화학소재를 동시에 생산하는 복합공정으로 확장한 것이다.

연구팀은 생성되는 물질의 96%를 원하는 화학물질(포름산염)로 전환하는 데 성공했으며, 79㎠ 규모의 대면적 전해셀에서도 안정적인 성능을 확인해 실험실 단계를 넘어 실제 산업 공정 적용 가능성도 입증했다.

이는 폐바이오 자원을 활용해 수소와 화학 원료를 동시에 생산할 수 있는 전기화학 플랫폼으로, 그린수소 생산 비용 절감과 자원 활용 효율을 동시에 높일 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다.

특히 에너지와 화학 산업을 하나의 공정으로 연결하는 탄소중립형 생산 기술로, 기존의 분리된 생산 구조를 통합할 수 있다는 가능성이 있다.

여기에 나아가 연속공정 전환과 ㎿급 스케일로 확장할 수 있어 실제 산업 공정에 적용할 수 있는 실용적 기술로 발전이 기대된다.

연구책임자인 KIMS 양주찬 책임연구원은 "이번 연구는 저렴한 비귀금속 촉매를 대량으로 합성하고, 이를 실제 상용화 가능한 수준의 대용량 전해조 시스템에 적용해 성능을 입증했다는 데 큰 의미가 있다"고 강조했다.

UNIST 장지욱 교수는 "글리세롤과 같은 바이오 부산물을 고부가가치 화합물로 전환하는 기술은 탄소중립 달성과 수소경제 활성화를 동시에 앞당길 수 있는 핵심 전략이 될 것"이라고 했다.

이번 연구는 국가과학기술연구회, 한국에너지기술평가원, 한국연구재단, 한국산업기술평가관리원의 국가연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨팅 인프라와 포항가속기연구소의 방사광 가속기 시설을 활용해 핵심 분석 및 계산 연구를 진행했다.

연구 논문은 에너지 분야 세계적 학술지인 '줄(Joule, IF: 35.4)'에 2026년 3월18일자 온라인에 게재됐다.


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