한양대팀 효율 4배 높인 기술 개발
비용 낮춰 수소경제 활성화 기여
송태섭 한양대 에너지공학과 교수 연구진은 22일 이 같은 ‘촉매 표면 부분 비정질화 기술’을 세계 최초로 개발했다고 발표했다. 해당 연구 결과는 지난 14일 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학’에 발표됐다.
연구진은 먼저 “수소경제는 수소의 생산·저장·운송으로 구성된다”며 “그중에서도 수소를 생산하는 것은 수소 경제를 활성화하기 위한 중요기술”이라고 연구 필요성을 설명했다. 특히 문재인 정부가 지난 1월 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고 2040년까지 1㎏당 수소 가격 3000원, 수소차 620만대 등 구체적 목표까지 제시함에 따라 수전해 시스템을 통해 수소 생산 단가를 절감하는 것이 필수 과제가 됐다고 연구진은 밝혔다.
현재 수전해, 광전기분해를 통해 생산되는 ‘그린 수소’의 가격은 1㎏당 9000~1만원으로 정유공정이나 가스개질 과정에서 나오는 ‘그레이 수소(1500~2000원/㎏)’보다 비싸 상용화에 불리한 단점이 있다. 송태섭 교수는 “국내 기업의 수전해 수소생산 효율은 약 68%로 세계 최고 효율(약 80%)보다 현저히 낮다”며 “국내에서 생산되는 그린 수소의 가격이 높은 이유는 낮은 생산 효율 때문”이라고 설명했다.
연구진은 이 같은 단점을 개선하기 위해 수소를 생성하는 촉매 표면의 원자를 재배열했다. 기존 촉매로 사용된 전이금속의 표면을 불소처리 한 것이 핵심이다.
그 결과 촉매 표면의 화학적 활성도가 높아져 수소생성 반응이 보다 활발해지는 현상이 나타났다. 화학적 활성도뿐만 아니라 물리적 활성도도 높아져 물에서 수소를 분해하는 전하를 더욱 효율적으로 공급할 수 있었다.
연구진은 “이같은 ‘비정질화 촉매’ 소재를 제조할 때 기존 촉매 대비 수소생성 효율은 4배 이상, 촉매 단가는 5분의 1로 절감할 수 있다”고 밝혔다. 비정질화 촉매란 내부 원자 구조가 규칙성 없이 배열된 촉매를 말한다.
연구를 진행한 송태섭 교수는 “이번 개발한 원자 재배열 기술은 고효율 수소생성용 촉매뿐만 아니라 배터리·연료전지·슈퍼캐패시터 등 다양한 고부가가치 차세대 에너지 소자에 적용할 수 있을 것”이라며 “우리나라 미래 신성장 동력 창출에 기여할 수 있는 핵심 원천기술”이라고 자평했다.
허정원 기자
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