국내 연구진, 백금 대체할 수소 생산 촉매 개발

친환경 수소생산 구현…수소 자동차 대중화 기여 전망

비정질 황화 몰리브데늄의 성장 원리와 특정 결합의 함량에 따른 수소생산 촉매 특성을 전류 밀도로 나타낸 그래프

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장과 건국대학교 미래에너지공학과 조한익 교수 공동연구팀이 값 비싼 백금계 소재가 아닌 수소 흡착성능이 뛰어나고 값싼 '황화 몰리브데늄'과 탄소나노튜브를 이용해 수소를 고효율로 생산하는 촉매를 제조하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.

수소생산을 위해서는 주로 물을 전기분해해 사용하는데, 이때 백금 등의 귀금속을 촉매로 사용하고 있다. 비싸고 구하기 어려운 귀금속을 이용해 수소를 생산하는 것은 경제적 부담이 커 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 결합돼 있는 무기화합물로서 수소를 흡착하는 능력이 우수하다. 이 성질을 갖는 황화 몰리브데늄을 촉매로 사용하면 물을 전기분해해 친환경적이고 고효율로 수소를 생산할 수 있다. 또한 원가가 매우 저렴해 차세대 수소생산 촉매로 주목받고 있다.

하지만 황화 몰리브데늄은 전기 전도도가 낮고, 촉매로써 잘 활성화되지 않기 때문에 충분한 성능을 보이지 못했다. 성능 향상을 위한 방법으로 황화 몰리브데늄의 크기나 형태를 조절하는 연구가 집중적으로 진행됐으나, 구조가 복잡해 여러 부작용이 발생했다.

KIST 연구진은 황화 몰리브데늄에 간단한 화학적 처리로 특별한 결합구조를 다수 생성한 후, 탄소나노튜브 표면에 도포해 복합재료 촉매를 제조했다. 그 결과, 수소를 생산하는 데 영향을 미치는 '강하게 결합된 황'의 수가 많아져 기존 대비 약 30% 향상된 성능을 보였다. 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 것"이라고 했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr