수소 생산 단가 확 줄일 '양기능성 촉매' 실마리 제시

KIST

촉매의 성능을 높여 수소 생산단가를 획기적으로 낮춰주는 기술을 개발한 KIST 연구팀. KIST 제공

촉매의 성능을 높여 수소 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 기술이 나왔다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 오형석·이웅희 청정에너지연구센터 책임연구원 연구팀이 포스텍 및 연세대 연구팀과 함께 산소 환원 반응과 발생 반응을 모두 보이는 팔면체 구조의 양기능성 백금-니켈 합금촉매를 이용해 수소를 만드는 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 

양기능성 촉매란 하나의 촉매를 사용해 물에서 수소와 산소를 동시에 생산하는 차세대 촉매다. 현재 물을 전기분해하는 수전해 기술, 이산화탄소를 이용한 포집 기술로 수소를 만들 때는 양쪽 전극에 별개의 촉매를 써야하기 때문에 수소의 생산 단가가 높다.

양기능성 촉매는 음극과 양극 촉매의 기능이 합쳐진 촉매로, 이를 이용하면 수소를 만드는 데 드는 비용을 절감할 수 있다. 

문제는 양기능성 촉매가 수소와 산소를 발생하는 각 전기화학 반응을 진행하고 나면 전극 물질의 구조변화로 뒤에 이어지는 다른 반응의 성능이 낮아진다는 점이다. 반응 후에도 장기간 촉매의 기능을 유지하게 만드는 게 상용화의 관건이다. 

연구팀은 백금과 니켈을 섞어서 다양한 구조의 합금촉매를 합성해 어떤 구조일 때 기능이 오래 유지되는지 실험했다. 실험 결과 촉매가 팔면체 구조일 때 니켈-백금 간의 상호작용이 가장 활발했다. 백금, 니켈을 각각 단일 물질로 제작한 촉매 대비 산소 환원 및 발생 반응 성능이 2배 이상 높았다.

오  책임연구원은 "이번 연구는 전기화학적 에너지 전환 시스템에서 중요한 기술인 양기능성 촉매 개발 분야에서 새로운 방향성을 제시한 것"이라며 "수소의 생산 단가를 낮춰 향후 일체형 재생 연료전지와 같은 전기화학 시스템의 상용화 및 탄소중립을 앞당기는 데 이바지할 것”이라고 밝혔다. 

[이채린 기자 rini113@donga.com]