수소, 쉽고 싸게 얻는다..UNIST '촉매 성능 평가 기술' 개발

백종범 교수팀, 루테늄 유기체 기반 촉매 합성 및 평가법 개발
상용화 평가 가능해져..'네이처 커뮤니케이션스' 논문 게재

왼쪽부터 마흐무드 연구교수, 백종범 교수, 권도형 연구원

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 친환경 에너지 '수소' 촉매의 성능을 평가하는 기술을 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 루테늄(Ru)과 다중벽 탄소나노튜브를 결합한 '물 분해용 수소 촉매, Ru@MWCNT'를 개발했다고 18일 밝혔다.

연구진은 이 촉매가 실제로 작동할 시스템을 간략하게 만들어 성능도 평가했다. 상용화된 백금 촉매보다 여러 면에서 우수한 것으로 드러났다. 새 촉매는 합성법이 간단해 대량생산에도 적합, 실용화에 성큼 다가섰다는 평가를 받는다.

백종범 교수는 "기존 촉매의 특성을 뛰어넘는 우수한 촉매를 개발했을 뿐만 아니라 상업화에 필요한 실제 전극의 평가 방법을 제시한 연구"라며 "다른 촉매도 상용화 관점에서 진단해볼 수 있을 것"이라고 전했다.

수소는 우주 질량의 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소로 친환경 미래자원으로 주목받는다. 하지만 천연가스 등의 화석 연료를 원료로 삼아 수소를 생산하는 과정에서 오염물질이 배출된다. 물을 전기로 분해해 수소와 산소를 얻는 방법이 대안으로 제시되나, 이 경우 백금처럼 값비싼 촉매가 필요하다.

물 분해 시스템에서의 수소 발생 반응 성능 평가

백종범 교수팀은 백금 촉매를 대체할 성능이 우수하고 저렴한 수소 촉매를 꾸준히 개발해 왔다. 이번에 개발한 촉매는 기존에 발표한 금속 유기체 촉매보다 우수한 전기화학적 특성을 보였다. 과전압의 경우 기존에 발표된 촉매 중 가장 낮았으며, 물의 산성/염기도에도 크게 영향을 받지 않았다.

백 교수팀은 새로운 촉매의 성능 평가를 위해 기존의 과전압 측정 외에 '물 분해 시스템'의 전극으로 만들어 평가하는 방법도 진행했다. 이 촉매를 전극으로 사용했을 때 수소 발생량을 실제로 측정해본 것이다.

그 결과, 같은 조건에서 상용화된 백금 촉매보다 15.6% 많은 수소를 생산했다. 또 촉매 효율을 나타내는 지표 중 하나인 패러데이 효율도 92.2%로 백금 촉매(85.9%)보다 높았다.

백종범 교수는 "수소 촉매 연구는 주로 촉매 자체의 평가에 집중돼 있어 실제 물 분해 시스템에서 평가하기 위한 연구는 미흡했다"며 "이번 연구는 촉매 자체의 우수성뿐 아니라 실제 적용했을 때 성능까지 짐작해볼 수 있다는 점에서 뜻깊다"고 했다.

이번 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 9일자로 공개됐다. 교신 저자로는 백종범 교수와 금속유기물 촉매를 함께 연구해 온 자비드 마흐무드 UNIST 연구교수가 참여했다.

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