▲ 산화도를 부분 제어하는 촉매의 합성 및 전기화학적 촉매의 특성평가

국내 연구진이 값비싼 귀금속 없이 그린수소를 생산하는 수전해 스택 실증 기술을 국내 최초로 개발해 상용화를 앞당길 것으로 기대되고 있다.

한국재료연구원(원장 이정환, 이하 재료연) 에너지전자재료연구실 최승목 박사 연구팀이 비귀금속 촉매를 사용, 대면적 전극과 실증화 수전해 스택기술에 이르는 전주기 통합기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

수소는 화석연료를 대체하는 대표 청정에너지원으로 온실가스를 배출하지 않는 수전해 기술개발이 세계적으로 활발히 진행중이다. 그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 음이온교환막수전해는 비귀금속 촉매를 사용, 고순도 수소를 저가로 안전하게 만들 수 있다.

고효율 수전해시스템을 위해선 스택(시스템 핵심부품) 맞춤형 고활성 촉매개발이 필수적이다. 하지만 촉매 단위의 성능 검증을 넘어 상용가능 스택 검증이 반드시 요구된다. 그간 촉매 대량생산과 전극화 공정 및 시스템 연구의 한계가 있었다.

연구팀은 기존 값이 싼 니켈과 코발트 촉매 나노입자에 산화도를 부분적으로 변화시켜 수소 발생 시 활성도와 내구성을 함께 확보하는 방법을 제안, 확인함으로써 실증에 성공했다. 또 산화도 부분제어를 통해 상용 수준의 대면적 스택에 적용, 구현가능성을 국내 최초로 확인했다.

양주찬 선임연구원은 “음이온교환막 수전해 상용화시점을 앞당길 것으로 기대된다”며 “이를 기반으로 2021년 농촌진흥청 농업과학기술 연구개발사업(수전해 수소생산 기술연구)에 선정됐다”고 말했다.

재료연 이정환 원장은 “연구원은 최근 수소에너지 전주기 소재기술등 연구사업 기획·발굴·수행 조직을 위해 ‘탄소중립소재기술연구기획단’을 신설했다”며 “이번 결과는 정부의 수소 생태계 조기 정착에 많은 부분 기여할 수 있어 의미가 크다”고 전했다.

한편, 본 연구성과는 과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발사업과 재료연의 주요사업지원을 받아 수행됐으며 연구결과는 최근 환경분야 국제학술지 엘스비어(ELSEVIER)의 어플라이드 카탈리시스 비 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)에 게재됐다.