KAIST, 그린수소 생산 촉매 수명 예측 성공

정동영 생명화학공학과 교수팀
정확한 촉매 수명 예측 방법 제안

KAIST 생명화학공학과의 김진엽(왼쪽부터) 박사과정생, 정동영 교수, 노종수 박사과정생 [KAIST 제공]

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

국내 연구진이 전기 에너지 효율을 높이고 낮은 전압에서도 수소 생산 효율을 높이는 촉매의 열화(성능 저하)를 정량적으로 진단할 수 있는 방법론을 제시했다.

KAIST는 정동영 생명화학공학과 교수 연구팀이 수전해 시스템에서 촉매의 실질적인 수명을 예측할 수 있는 새로운 평가 지표인 ‘운영 안정성 지수’를 개발했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 수전해 시스템이 꺼지거나 낮은 부하로 운전될 때 발생할 수 있는 촉매·지지체의 열화 현상 촉매의 손상이나 성능 저하 현상을 규명하고, 이를 정량화할 수 있는 새로운 평가 지표인 ‘운영 안정성 지수(OSF)’를 제안했다. 운영 안정성 지수는 수전해 장비가 반복적으로 작동·정지하는 과정에서 발생하는 촉매 열화 정도를 수치로 반영함으로써, 실제 운전 조건에서의 내구수명을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 설계됐다.

예를 들어, 운영 안정성 지수가 100%이면 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않는다는 뜻이고, 99%이면 매번 시스템이 꺼질 때마다 1%씩 촉매가 손상된다는 의미다.

향후 이 지표를 통해 내구성을 고려한 운전 조건의 최적화를 가능해지며, 장수명 수전해 시스템 운영 전략 수립에 중요한 기준으로 활용될 수 있다.

정 교수는 “운영 안정성 지수는 수전해 촉매의 장기 수명을 수치로 예측할 수 있는 강력한 평가 기준으로, 향후 내구성 진단을 위한 국제 표준으로 발전할 가능성이 크다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘에이시에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’ 지난 2일자에 게재됐다. 구본혁 기자