‘그린 수소’ 생산 성큼 다가오나…수전해 효율 높이는 촉매 개발
‘그린 수소’ 생산 성큼 다가오나…수전해 효율 높이는 촉매 개발
  • 김동수 기자
  • 승인 2020.06.06 06:20
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금속 유기물 복합체 촉매를 개발한 연구팀. 김광수 교수(하단 좌측)과 제1저자이 탕가벨 연구원(하단 우측). (UNIST 제공)/그린포스트코리아
금속 유기물 복합체 촉매를 개발한 연구팀. 김광수 교수(하단 좌측)과 제1저자이 탕가벨 연구원(하단 우측). (UNIST 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 국내 연구진이 수소 생산 공정인 ‘물 전기 분해(수전해)’를 할 때 반응을 촉진하는 촉매를 개발했다. 앞으로 이산화탄소를 발생하지 않은 그린수소를 더 효율적으로 생산 가능할 전망이다.

울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 화학과 김광수 교수 연구팀이 ‘금속 유기물 복합체’ 촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.

수전해는 전기로 물을 분해해 수소와 산소를 생산하는 방식이다. 여기선 수소와 산소 생산의 두 가지 반응이 동시에 일어나는데 문제는 반응 속도가 느린 산소 발생 반응에 맞춰 ‘병목현상’이 일어난다. 이 때문에 산소 발생 반응이 늦어질수록 수소 생산 속도가 더뎌지는 문제가 있다.

연구팀은 니켈과 철을 포함하는 금속 유기 골격체(MOF)를 이용해 개발한 촉매로 이러한 문제점의 해결방안을 제시했다.

금속 유기 골격체는 금속과 유기물이 마치 건축물의 철근과 같은 뼈대(frame) 모양을 이루는 물질이다. 미세한 크기의 구멍이 많아 표면적 넓고 촉매 반응이 일어나는 금속 원자가 표면에 노출된다는 장점이 있다. 

또한 상용 촉매에 주로 사용되는 이리듐(Ir)에 비해 니켈과 철은 매장량도 많고 가격도 저렴하다.

이번에 개발된 촉매는 기존 산화 이리듐 촉매보다 훨씬 적은 에너지로 많은 양의 수소를 생산해 낼 수 있다. 실제 촉매 성능을 평가한 결과 300밀리볼트(mV) 전압에서 단위면적(㎠)당 0.5암페어(A)의 전류 밀도를 달성했다. 이는 촉매를 상업적으로 이용하기에 충분한 값이다.

또한 1000시간 이상 작동했을 때도 우수한 내구성을 보여줬다.

김광수 교수는 “이번 연구를 통해 느린 산소 발생 반응 속도 문제를 개선했을 뿐만 아니라 기존 상용 촉매의 가격과 안정성 문제도 동시 해결할 수 있었다”며 “개발된 촉매는 다양한 에너지 변환 장치에 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 '에너지와 환경과학(Energy and Environmental Science)에 27일 자로 온라인 출판됐다. 

촉매 실증 실험에서 사용한 '알칼리 음이온 교환막 물 전기분해조'의 모형. (UNIST 제공)/그린포스트코리아
촉매 실증 실험에서 사용한 '알칼리 음이온 교환막 물 전기분해조'의 모형. (UNIST 제공)/그린포스트코리아

 

kds0327@greenpost.kr



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