성균관대·경북대, '꿈의 기술' 그린 수소 상용화 앞당기는 소재 개발

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 국내 연구진이 값비싼 귀금속 촉매를 쓰지 않고도 수소 생산 효율을 획기적으로 높일 수 있는 친환경 신소재 촉매를 개발했다.

성균관대는 기계공학부 정형모 교수 연구팀이 원자 단위의 결합 간격을 정밀하게 제어해, 숨겨진 '격자 산소'를 반응에 직접 참여시키는 '고효율 비귀금속 물 분해 촉매' 소재를 개발했다고 18일 밝혔다.

온실가스 배출 없이 깨끗한 수소를 생산하는 물 분해(수전해) 기술은 탄소중립 실현을 위한 꿈의 기술로 불린다. 다만 물을 분해해 수소를 얻는 과정에서 산소의 발생 반응 속도가 매우 느려, 전체 수소 생산 효율을 떨어뜨리는 가장 큰 병목 현상으로 작용해 왔다.

이를 해결하기 위해 기존에는 이리듐(Ir)이나 루테늄(Ru) 같은 고가의 귀금속 촉매를 사용해야만 했으며, 이는 수소 생산 비용을 높이는 원인이었다.

연구진은 이를 극복하기 위해 '하향식(Top-down) 소재 설계 기술'을 도입했다. 전기화학적 방법을 통해 기존의 덩어리 형태 코발트 산화물을 2나노미터(㎚) 이하의 미세한 나노 클러스터로 쪼개는 데 성공한 것이다.

핵심은 촉매 내부 구조에 숨어있던 '격자 산소'를 반응에 직접 참여시킨 점이다. 특히 고전류 조건에서 100시간 이상 성능 저하 없이 구동되는 내구성을 증명했으며, 차세대 에너지 저장 장치인 아연-공기 전지에서도 충전 안정성을 보여주며 에너지 활용 가능성을 입증했다.

정 교수는 "값비싼 귀금속을 대체해 고효율 그린 수소를 생산하는 것은 물론, 향후 다양한 차세대 친환경 에너지 장치의 상용화를 앞당기는 중요한 기준이 될 것"이라고 밝혔다.

한편 경북대 신소재공학과 이지훈 교수 연구팀과 함께 진행한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 환경·에너지 분야 국제 학술지인 '응용촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'에 게재됐다.


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