KAIST "그린수소 생산 촉매 '수명 예측' 가능"

국내 연구진이 그린 수소를 생산하는 과정에서 촉매의 열화(성능 저하)를 정량적으로 진단할 수 있는 방법론을 세계 최초로 제시했다.

KAIST는 생명화학공학과 정동영 교수 연구팀이 수전해 시스템에서 촉매의 수명을 예측할 수 있는 신개념 평가 지표로 '운영 안정성 지수(Operational Stability Factor, OSF)'를 개발했다고 21일 밝혔다.

(왼쪽부터) 생명화학공학과 김진엽 박사과정, 생명화학공학과 정동영 교수, 생명화학공학과 노종수 박사과정. KAIST 제공

우선 연구팀은 수전해 시스템이 꺼지거나 낮은 부하로 운전될 때 발생할 수 있는 촉매 및 지지체의 열화 현상 촉매의 손상 및 성능 저하 현상을 규명했다. 또 이를 정량화할 수 있는 평가 지표로 '운영 안정성 지수'를 개발했다.

운영 안정성 지수는 수전해 장비가 작동과 정지를 반복하는 과정에서 생기는 촉매 열화 정도를 수치로 반영함으로써 실제 운전 조건에서의 내구수명을 정확하게 예측할 수 있도록 설계됐다.

예컨대 운영 안정성 지수가 100%일 때는 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않는다는 것을, 99%일 때는 시스템이 꺼질 때마다 1%씩 촉매가 손상된다는 것을 의미다.

태양광, 풍력 등 재생에너지를 활용한 수소 생산 시스템에서는 에너지원의 특성상 전력 공급이 일정하지 않아 수전해 장치의 부하가 지속적으로 변화한다.

하지만 운영 안정성 지수를 적용하면 내구성을 고려한 운전 조건의 최적화가 가능해져, 수전해 시스템을 장기간 운영할 수 있게 하는 전략 수립에 중요한 기준이 될 것으로 연구팀은 기대한다.

재생에너지 변동에 따른 수전해 시스템의 구동 및 열화 메커니즘. KAIST 제공

정동영 교수는 "운영 안정성 지수는 수전해 촉매의 장기 수명을 수치로 예측할 수 있는 강력한 평가 기준"이라며 "향후 내구성 진단을 위한 국제 표준으로 발전할 가능성이 크다"고 말했다.

한편 연구 논문은 생명화학공학과 박사과정 김진엽 연구원이 제1 저자로 참여해 완성했다. 논문은 지난 2일 에너지 분야 최고 권위지 중 하나인 '에이시에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr