20배 싼 촉매로 물에서 수소 만든다

IBS 이효영 부연구단장 연구팀서 새 수소생산 촉매 개발
생산성은 최대 6배 향상… 지속시간도 최소 4배 늘어나
물분해 수소 촉매, 경제성·내구성·생산성 '3박자 업그레이드'

IBS 이효영 부연구단장 연구팀이 개발한 양극과 음극에 있는 촉매에서 전기 물 분해 반응이 일어나 산소와 수소가 만들어지고 있다. IBS 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 물에서 수소를 만들때 쓰는 촉매를 경제성과 내구성, 생산성 등 3박자를 업그레이드 시켰다. 물 분해를 통한 친환경 수소를 석유·석탄 부생 수소보다 싼 가격으로 만드는 일은 오랫동안 한계에 직면해 있었다. 연구진은 새 촉매를 이용해 물 전기분해 비용을 획기적으로 절감하고 친환경 수소 보급에 기여할 것으로 기대하고 있다.

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장은 물에서 수소를 만들때 쓰는 촉매의 원가가 20배 싸면서 생산성이 최대 6배 높고, 최소 4배 지속되는 촉매를 개발했다고 24일 밝혔다.

기존에 나와있는 촉매는 가격이 1㎏당 7800만원이 넘는 루테늄과 이리듐을 이용해 만들었다.

연구진이 만든 촉매는 저렴한 철, 코발트와 극소량의 루테늄을 이용했다. 연구진은 "재료단가를 비교했을때 최소 20배는 저렴하다"고 말했다.

IBS 이효영 부연구단장 연구팀이 개발한(파란색)가 기존 촉매와 비교해 가장 낮은 전압으로 같은 전류밀도에 도달해 에너지가 가장 적게 든다. IBS 제공

기존 촉매에 비싼 금속을 쓰는 이유는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 속도를 높이기 위함이었다. 하지만 연구진이 개발한 촉매는 기존 촉매대비 6배나 많은 수소를 생산해 냈다. 이는 산소 발생속도가 빠를수록 전류밀도 전류 밀도가 증가하는데, 기존 산화 루테늄은 1㎠당 10㎃/㎠의 전류 밀도를 얻기 위해 298㎷를 필요로 했다. 반면 연구진이 개발한 전기촉매는 180㎷가 필요하다. 낮은 전압으로 물 분해가 가능해 에너지 효율이 높다는 뜻이다.

이와함께 새로운 촉매는 한번 수소를 만들때 사용할 수 있는 시간이 최소 4배 이상 지속됐다. 기존 루테늄 산화물 촉매는 산화가 잘 되어 성능을 24시간 이상 유지하기 힘들었다.

이번에 사용한 코발트-철 합금은 산화가 덜 돼 100시간이 지나도 구조 변화가 없이 수소를 만들어냈다.이효영 부연구단장은 "저렴한 고효율 산소 발생 촉매를 개발함으로써 탈탄소화 친환경 수소경제에 한 걸음 다가설 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 환경·에너지 분야 세계적 권위지인 '에너지 & 환경 과학'에 11월 4일 온라인 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자