UNIST·KAIST 공동연구팀, 고효율 그린수소 생산 촉매 개발

국내 연구진이 친환경 그린수소를 더 저렴하고 친환경적으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 한국과학기술원(KAIST)과의 공동연구팀을 통해 높은 효율과 안정성을 가진 고순도 그린수소 생산용 ‘이기능성 수전해 촉매’를 개발했다고 11일 밝혔다.

수소는 물을 전기분해하는 수전해 기술을 통해 생산되는데, 수소 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산한 ‘그린수소’는 환경 보존을 위한 친환경 기술로 손꼽힌다.

그러나 효율적인 전기 반응을 위해서는 백금이나 이리듐 등 귀금속 전해질이 필요해 생산 단가가 높다는 것이 한계점으로 꼽힌다.

때문에 UNIST와 KAIST는 공동연구팀을 결성해 귀금속을 대체할 고효율 저비용 첨단 촉매 개발을 추진했다.

가장 최근 발견된 루테늄은 생산 가격이 백금이나 이리듐보다 낮고 온실가스 배출도 적지만, 촉매 반응 능력과 안정성이 낮아 상용화에 어려움이 있었다.

이에 연구진은 루테늄과 실리콘, 텅스텐 기반의 산화물로 새로운 촉매를 개발했다.

UNIST의 류정기 교수팀 [UNIST 제공]

새롭게 개발된

소재는 기존 루테늄 촉매의 낮은 촉매 반응성과 안정성을 개선했으며, 이기능성 촉매의 가능성을 나타냈다.

이기능성이란 수전해 과정에서 수소 뿐만 아니라 산소를 발생시키는 데도 활용 가능한 다용도 성질을 의미한다.

해당 촉매는 

또 상용화된 백금 촉매보다 수소 생산력이 뛰어나고, 5~10㎚(나노미터) 수준의 얇은 텅스텐 막이 루테늄의 촉매 작용 부위를 보호해 안정성도 개선됐다.

마지막으로 pH 농도 0.3의 높은 산성 환경에서 1㎠ 크기 전극에 10㎃의 전류를 흘리는 촉매 안정성 실험에서도 100시간 이상 안정적인 구동을 확인할 수 있었다.

UNIST 류정기 교수는 "개발된 촉매는 값비싼 백금, 이리듐을 동시에 대체할 수 있다는 점에서 의미가 크다"라고 말했다.

또 "부식성 강한 산성에서도 장시간 안정적이고 쉽게 합성할 수 있어 고순도 그린수소 생산 시스템인 양성자교환막 전해조에서도 적용할 수 있을 것으로 기대한다"라고 덧붙였다.