물로 1시간에 수소 250L 만들었다

재료연구소, 촉매 일체형 전극 세계 최초 개발
가정에서 남는 재생에너지 활용해 수소 저장

한국형 수소 생산 모델 및 소재-부품-시스템 전주기 통합 기술. 재료연구소 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 가정에서도 물로 수소를 생산해 낼 수 있는 '한국형 그린수소 생산모델'을 개발했다. 수소와 산소가 발생하는 전극과 분리막으로 이뤄진 시스템에서 전력 1㎾를 사용해 1시간당 250L의 수소를 생산해 냈다. 가정에서 쓰다가 남는 재생에너지를 이용해 수소로 저장해 사용한다는 개념이다.

재료연구소는 표면기술연구본부 에너지융합소재연구센터 최승목 박사 연구팀이 물로 수소를 만드는데 필요한 촉매 일체형 전극을 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다. 연구진은 촉매 일체형 전극이 '소재-부품-시스템 전주기 통합 기술'의 핵심 기술 중 하나로 성능과 내구성을 동시에 향상시킬 수 있다고 설명했다.

최승목 박사는 이날 "실재로 개발한 것은 250L지만 궁극적으로 가정에 설치되려면 이런 스택을 4개로 묶어 1시간에 1000L정도 생산하면 가정에서 충분히 쓸 수 있을거라 생각한다"고 말했다.

이렇게 만들어진 시스템은 촉매전극 1㎠당 310㎷×100㎃의 난은 전압과 3600시간 이상 사용해도 성능이 그대로 였다. 또한 시스템은 귀금속인 이리듐 산화물 촉매 대비 약 2배 더 수소를 많이 생산해 냈다.

물에서 수소를 생산해 내려면 산소 또한 빨리 만들어져야 한다. 연구진은 산소가 발생하는 전극부분에 집중했다.

산소발생 전극은 산화부분으로 금속이 아닌 산화물이어야 하는데 문제는 수소와 산소를 분리하려면 전기를 가해야 한다. 연구진은 전기가 통하는 전도성을 부여하기 위해 산소 공극을 사용했다.

산소공극은 화학적으로 산소를 녹여내 니켈폼에 입혔다. 이렇게 되면 작은 틈새가 생기고 물과 산소가 이동하는 공간이 생기는 것이다.

'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'에 표지논문. 재료연구소 제공

연구진은 이번 연구결과를 실제 음이온 교환막 수전해 시스템에 적용하기 위해 현재 실증 연구를 진행 중이다. 또한 엘스비어의 '어플라이드 카탈리시스 비 인바이런멘탈'과 'ACS 서스테이너블 케미스트리 앤 엔지니어링'에 표지논문으로 게재됐다.

재료연구소 이규환 부소장은 "소재-부품-시스템 전주기 통합 기술을 완성해 국내외 산학연에서 개발되는 소·부·장의 성능평가 지원으로 수소 생태계 조기 정착에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자