저가 금속으로 물 전기분해…20배 원가 낮은 수소 생산 촉매 개발

입력 2020-11-24 08:10

▲개발한 전기촉매 결정 구조 및 물 분해 과정. (사진제공=기초과학연구원)
▲개발한 전기촉매 결정 구조 및 물 분해 과정. (사진제공=기초과학연구원)

기존 촉매보다 20배가량 원가가 낮은 수소 생산 촉매가 개발됐다. 수소 생산 비용을 낮출 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장(성균관대 화학과 펠로우교수) 연구진이 원가가 20배 싸면서 생산성이 약 6배 높고, 최소 4배 길게 지속하는 물 분해 촉매를 개발했다고 24일 밝혔다.

수소 생산 방법 중 유일하게 이산화탄소가 발생하지 않는 친환경 방법은 전기분해다. 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분해하는 것이다. 이때 산소 발생 반응이 매우 느려 전체 물 분해 속도가 저하하면서 생산성을 낮추는 원인이 됐다. 생산 속도를 높이는 촉매로 루테늄 산화물(RuO2)과 이리듐 산화물(IrO2)이 쓰이지만, 가격이 1kg 당 7만 달러가 넘는 데다 24시간 이상 지속하기도 어려웠다.

연구진은 저렴한 전이 금속인 코발트, 철, 극소량의 루테늄(Ru) 위에 산소 원자를 부착해 촉매를 개발했다. 기존 촉매보다 20배 저렴하면서 성능이 뛰어나고 최소 100시간 이상 지속이 가능한 결과를 보였다. 또 기존 대비 생산량이 약 6배 많았고, 훨씬 낮은 전압으로 산소를 발생시킬 수 있었다.

이효영 부연구단장은 “물 분해를 통한 친환경 수소를 석유ㆍ석탄 부생 수소보다 싼 가격으로 만드는 일은 오랫동안 한계에 직면해 있었다”며 “저렴한 고효율 산소 발생 촉매를 개발함으로써 탈 탄소화 친환경 수소경제에 한 걸음 다가설 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

연구 결과는 환경ㆍ에너지 분야 세계적인 권위지인 ‘에너지 & 환경 과학(Energy & Environmental science)’ 지에 4일 자로 온라인 게재됐다.

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