그린수소 생산에 필요한 차세대 촉매, 국내 연구진이 개발했다

국내 연구진이 물을 전기로 분해해 친환경 그린수소를 생산하는 수전해 장치에 들어가는 필수 기술인 ‘고성능 산소발생촉매’를 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)는 권영국 에너지화학공학과 교수 연구팀이 니켈 질화물을 도입한 바나듐-니켈-철기반 촉매를 개발했다고 21일 밝혔다. 이 촉매는 상업적 수전해에 필요한 전류밀도의 두 배인 1㎠당 1암페어(A)를 270밀리볼트(㎷)라는 낮은 과전압에서도 도달했다. 또 안전성 실험을 통해 촉매가 1000시간 동안 손상 없이 안정적으로 작동하는 것을 확인했다. 효율성과 안전성 모두 끌어올렸다는 것이다.

기존 수전해 장치에는 니켈-철 옥시수산화물이 대표적인 산소발생촉매로 쓰였다. 다만 이 촉매는 전기전도도가 낮아 수소 생산 효율이 떨어진다는 문제가 있었다. 이에 연구팀은 니켈-철 옥시수산화물에 바나듐을 섞고 표면에 니켈 질화물을 발랐다. 그 결과 전기전도도가 상승했고 전자전달속도가 빨라져 수소 생산 효율이 향상됐다.

연구팀은 경제성을 끌어올린 차세대 수전해 기술 ‘음이온 교환막 수전해 시스템’에서도 새로 개발한 촉매는 우수한 성능을 보여줬다고 설명했다. 음이온 교환막 수전해 시스템은 상대적으로 저렴한 비귀금속 촉매를 이용해 고순도의 수소를 저가로 안전하게 생산하는 기술이다. 이에 향후 그린수소 생산 기술 상용화에 속도가 날 것으로 기대된다.

권 교수는 “촉매의 기본 요소인 성능과 안정성을 동시에 확보하는 것은 수전해 기술의 상업화에 필수적이다”며 “촉매 개발에 있어 기존 촉매의 단점을 잘 이해하고 이를 해결하기 위한 노력으로 수소경제 실현에 이바지하겠다”고 말했다.

이번 연구는 에너지·환경과학 분야의 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’에 지난해 12월 23일 온라인 게재됐다. 이후 해당 학술지 표지 논문으로 선정돼 지난 10일 출판했다.