전북대학교 나노융합공학과 이중희 교수팀이 과기부 지역혁신 선도연구센터 사업의 지원을 받아 그린수소 생산에 필수적인 핵심 소재를 개발해 주목받고 있다.
그린수소는 온실가스를 전혀 배출하지 않는다는 청정 에너지원이라는 점에서 심각한 기후위기 대응을 위해 전 세계적으로 중요성이 높아지고 있다.
이런 그린수소를 생산하기 위해서는 신재생에너지를 통해 생산된 전기를 이용, 물을 전기 분해하는 수전해 기술이 가장 핵심적인 기술이다.
그러나 현재 수전해 장치의 효율을 높이기 위해 촉매로 많이 사용되는 백금(Pt)이나 루테늄/이리듐(Ru/Ir)은 고가에 매장량도 적어 그린수소의 생산 단가를 높일 뿐만 아니라 장시간 사용시 성능 저하가 급격히 일어난다는게 단점으로 지적돼 왔다.
이중희 교수팀이 이번에 이런 단점을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대돼 수소산업 발전을 가속화 시킬수 있는 계기가 될 것으로 전망된다.
이 교수팀은 18일 “고가의 촉매 문제 해결을 위해 우수한 내부식성과 내산화성을 갖는 박리된 2차원 삼원계 전이금속 붕화물 소재인 엠벤(MBene) 결정구조 내에 극소량인 0.9% 백금 단원자 촉매를 흡착, 도핑공정을 통해 복합화한 저비용의 고효율 촉매를 세계 최초로 개발했다”고 밝혔다.
이 교수팀에 따르면 이번에 개발된 촉매는 수산화칼륨과 황산 용액에서 각각 10 mA/㎠의 전류밀도에 도달하는데 32 mV와 18 mV의 낮은 과전압(Overpotential: η)이 소요됐고 현재 사용되고 있는 백금 촉매(Pt/C) 보다도 우수한 수전해 효율을 보였다.
또한 이를 적용한 음이온 교환막(Anion exchange membrane: AEM) 방식의 수전해 장치는 60℃의1몰 수산화 칼륨 용액상에서 0.5A/㎠와 1A/㎠의 전류밀도를 올리는데 1.85 V와 2 V의 낮은 전지전압을 필요로 했다.
이는 현재 상용화된 세계 최고 수준의 음이온 교환막 수전해 장치보다 보다 우수한 수전해 장치 성능으로 평가되고 있다.
이 교수팀은 이번에 개발한 촉매기술을 창업 벤처 기업인 ‘(주)아헤스(AHES, Advanced Hydrogen Energy Solution)’에서 실제 수전해 장치에 적용하기 위한 실용화 연구를 지속적으로 수행해 저가의 그린수소의 대량 생산과정에 적용할 예정이다.
이중희 교수는 “이번에 개발된 촉매는 저비용 고효율로 그린수소를 생산할 수 있는 매우 획기적인 수전이다”며 “이를 활용하면 실제 수전해 장치 실용화 측면에서 기술 및 경제적 문제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 방안을 제시, 미래 수소경제 사회를 앞당기는데 크게 기여할 것이다”고 밝혔다.
남형진 기자
