'따개비 구조 촉매'.. 그린수소에 기여

TiO2 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속 기반 촉매 개발
활성점 변환 쉬워 수소발생반응 높여

ACS 에너지 레터스에 실린 촉매 반응 모식도

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고도 기존보다 수소를 더 많이 생산할 수 있는 촉매 기술을 개발했다. '그린수소' 확산에 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

이재영 광주과학기술원 지구환경공학부 교수의 연구팀은 조강우 포항공과대학교 교수의 연구팀과 함께 물을 분해해 산소와 수소를 발생하는 수전해의 효율성을 높인 촉매를 개발해, 연구 성과가 국제 학술지인 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)에 실렸다고 11일 밝혔다.

따개비 구조 촉매로 산소발생반응 높여

이재영 광주과학기술원 교수

연구팀은 표면적이 넓은 따개비처럼 티타니아(TiO2) 구조를 3층으로 쌓은 코발트 기반 촉매를 개발했다. 이 촉매는 활성점이 확장됐고 반응물과 흡착 능력이 좋아, 수전해시 산소발생반응이 기존 코발트 금속 촉매보다 뛰어나다. 수전해시 산소가 많이 발생하면 수소 발생도 많아진다.

연구팀은 실시간 방사광가속기 기반 X-선 분석을 통해 개발된 촉매의 반응 결과도 이론적으로 규명했다. 산소발생반응 중 비가역적 산화반응으로 촉매 내 활성점 밀도가 증가되는 현상을 관찰했으며, 촉매 구조에 존재하는 결핍된 산소가 코발트 금속의 친산소성을 높여 반응물과의 흡착이 느린 코발트 금속의 한계를 극복한다는 것을 입증했다. 연구팀은 이 같은 과정을 통해 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상돼 전력량 대비 수소생산량을 늘렸다고 밝혔다.

그린수소 생산에 기여

이재영 교수와 조강우 교수는 "삼층 따개비 모양의 새로운 촉매구조를 제안하고 반응기작을 규명함으로써 고효율 산소발생반응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다"며 "이는 저에너지·친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

현재 수소 생산의 97% 이상은 석탄 등 화석연료의 열화학적 개질을 통해 생산되고 있다. 일종의 '회색 수소'인 셈인데, 이를 물 분해 등 친환경적인 방법으로 생산하는 '그린수소'로의 전환하는 것이 세계적 당면 과제다. 수소는 온실가스의 주요 성분인 이산화탄소 배출의 일등공신인 화석연료를 대체할 에너지원으로서 각 국에서 각광받고 있는 자원이다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr