구리·코발트로 비귀금속 촉매 합성
기존 이리듐 가격대비 1/1000 수준
세계 최초 기술 상용화 연구 진행중
국내 연구진이 버려지는 유휴전력으로 고효율 수소를 생산하는 기술(물분해 촉매 개발)을 개발했다.
재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 표면기술연구본부 최승목 박사 연구팀은 청정 수소를 생산할 수 있는 수전해 시스템의 효율과 내구성을 증가시키는 역할을 하는 고효율 비귀금속 촉매를 저가로 합성 가능한 고신뢰성 전착 공정 기술을 세계 최초로 개발했다고 23일 밝혔다.
이에따라 물을 전기분해해 친환경에너지인 수소를 만들 때 쓰는 촉매의 가격을 대폭 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 현재 물을 분해해 수소를 만들 때는 귀금속인 백금이나 이리듐 촉매를 쓰는데, 이를 대체할 수 있는 촉매를 구리와 코발트로 만든 것이다. 차세대 에너지원으로 무한정 생산할 수 있으면서도 오염물질을 만들지 않는 수소에 대한 관심이 높아지고 있다.
정부도 올해 1월 수소차와 연료전지 시장에 도전한다는 내용의 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표한 바 있다. 수소에너지에 대한 관심을 높여가고 있지만 현재 생산되는 대부분의 수소는 화석연료를 기반(개질 수소, 부생 수소 등)으로 하고 있어 진정한 의미의 청정 에너지원이라고 부르기는 어렵다. 반면에 버려지는 유휴(또는 예비)전력으로 물을 전기분해해 생산되는 수소는 사용 후 다시 물로 되돌아가기 때문에 완전한 청정 에너지원이다.
수소는 물을 전기로 분해해 만드는데, 이 과정에 촉매가 필요하다. 촉매로는 현재 이리듐이나 백금을 쓰는데 가격이 비싸 상용화에 걸림돌이 됐다. 이를 대체하려 최근 가격이 저렴한 재료를 써 촉매를 제작하고 있지만, 효율과 내구성이 낮다는 한계가 있었다. 연구진은 구리와 코발트를 재료로 택해 수전해 촉매를 제작했다.
기존 이리듐산화물 촉매보다 제작 비용은 1000분의 1 수준이지만 활성이 1.5배로 뛰어난 것으로 평가됐다. 내구성도 이리듐산화물 촉매를 뛰어넘는 수준이었다. 연구진은 촉매를 만들 때 수전해 시스템의 전극 위에 증착되도록 합성공정을 단순화했다. 이 공정을 쓰면 전극에 촉매를 붙일 때 쓰는 접착제가 필요 없다.
또 새 공정을 이용해 구리와 코발트, 인을 이용한 촉매도 제작했다. 다만 이 촉매의 활성은 백금 활용 촉매보다는 물 분해 활성이 떨어진다. 현재 연구진은 개발한 촉매들을 상용화하기 위한 실증 연구를 진행하고 있다. 연구진은 물을 전기분해 해 수소를 만들 때 버려지는 전력(유휴전력)을 이용하면 수소 생산 비용을 더 줄일 수 있다고도 전했다.
독일의 경우 2017년 기준 재생에너지로 생산한 전력이 제대로 활용되지 않고 버려지는 유휴전력의 비중이 총 발전의 30%(4.65TWh)에 달하는 것으로 알려졌다. 최 선임연구원은 “이 기술을 통해 수소를 저가로 생산하는 시스템의 상용화를 앞당길 수 있을 것”으로 기대했다.
이은수기자 eunsu@gnnews.co.kr 고신뢰성 전착 공정 기술을 세계 최초로 개발한 재료연구소 최승목(앞줄 왼쪽 두 번째) 선임연구원, 양주찬(앞줄 왼쪽 첫 번째) 박사 등 연구진./ 제공=재료연구소
