기존 수소생산 촉매보다 효율 20배 높여

국내 연구진이 친환경 청정에너지로 활용할 수 있는 수소를 빠르고 높은 효율로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

카이스트 신소재공학과, 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 공동연구팀은 수소를 더 효과적으로 생산해 낼 수 있는 성냥개비 탑 모양의 촉매기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다.

수소 에너지 사용이 활성화되기 위해서는 저렴하게 수소를 생산할 수 있어야 한다. 순도 높은 수소 생산을 위해서 태양전지나 잉여 전기에너지를 이용해 물을 전기 분해 하는 고분자 전해질막 수전해 기술이 가장 주목받고 있다. 문제는 물 분해로 수소를 만들어 내기 위해서는 고가의 이리듐(Ir) 촉매를 사용해야 한다는 점이다.

이에 연구팀은 비싼 이리듐 사용을 줄이고 효율을 높이기 위한 촉매 개발에 나섰다. 연구팀은 3차원 프린팅과 비슷한 원리인 ‘초미세 전사프린팅 적층 기술’을 활용해 성냥개비 탑 모양의 3차원 이리듐 촉매 구조를 인쇄 방식으로 제작하는 기술을 개발했다. 기존에 사용되는 이리듐 나노입자 촉매는 무작위 형태와 배열을 갖고 있지만 이번에 개발한 3차원 촉매는 규칙적 구조를 갖고 있고 촉매 표면에 만들어진 기체 거품이 효과적으로 빠져나올 수 있다는 장점이 있다.

또 성냥개비 탑 형상의 3차원 촉매를 사용하면 훨씬 적은 양의 이리듐을 사용하고도 전기분해 효율을 높일 수 있다는 점이 확인됐다. 실제로 기존과 똑같은 양의 이리듐 촉매에서보다 20배 이상 효율이 높은 것으로 나타났다.

정연식 카이스트 교수는 “이번 연구결과는 귀금속 촉매 비용을 절감하고도 성능을 높일 수 있어 상업적으로도 활용할 수 있게 해줄 것”이라며 “이번에 개발한 3차원 적층 프린팅 방식의 촉매 기술을 활용하면 이산화탄소 전환, 배기가스 감축 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr