백금 대체할 복합재료 촉매로 저비용·고효율 수소생산 가능성 열었다

국내 연구진이 값 비싼 백금을 대체할 저렴한 복합재료 촉매를 이용해 수소를 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장과 건국대학교 미래에너지공학과 조한익 교수 공동연구팀은 '황화 몰리브데늄(MoS3)'과 탄소나노튜브를 이용해 수소를 고효율로 생산하는 촉매를 제조하는데 성공했다고 27일 밝혔다.

KIST 연구진은 황화 몰리브데늄에 간단한 화학적 처리해 특별한 결합구조를 다수 생성한 후, 탄소나노튜브 표면에 도포해 복합재료 촉매를 제조했다.

그 결과, 수소를 생산하는 데 영향을 미치는 '강하게 결합된 황(가교화된 황, Bridging S)'의 수가 많아져 기존 대비 약 30% 향상된 성능을 보였다.

최근 수소연료전지 자동차, 수소를 이용한 에너지저장 방식 등 전 세계적으로 수소 경제사회 활성화를 위한 노력이 세계 각국에서 이뤄지고 있다.

성공적인 수소 경제사회를 위해서는 에너지저장에 필요한 수소를 효율적으로 만들어 내야만 한다. 수소생산을 위해서는 주로 물을 전기분해해 사용하는데, 이때 백금 등의 귀금속을 촉매로 사용하고 있다. 값 비싸고 구하기 어려운 귀금속을 이용해 수소를 생산하는 것은 경제적 부담이 매우 커서 백금 대신에 경제적으로 사용할 수 있는 촉매를 개발할 필요가 있다.

KIST 연구진은 비정질 황화 몰리브데늄(MoS3)에 중점을 두고 촉매 개발 연구를 진행했다. 이 물질은 황과 몰리브데늄이 결합되어 있는 무기화합물로서 수소를 흡착하는 능력이 우수하다. 이 성질을 갖는 황화 몰리브데늄을 촉매로 사용하면 물을 전기분해해 친환경적이고 고효율로 수소를 생산할 수 있다. 또한, 기존의 촉매는 값비싼 백금 등의 귀금속으로 만들어지는 데 비해 원가가 매우 저렴해 차세대 수소생산 촉매로 주목받고 있다.

KIST 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장은 "기존의 황화 몰리브데늄 촉매의 성능을 획기적으로 개선한 성공사례"라며, "이를 이용한 저비용·고효율, 친환경 수소생산 성능 구현은 수소 자동차와 수소 충전소의 대중화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 생각한다."라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업, 기후변화대응과제로 수행됐으며, 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자