[파이낸셜뉴스] 정부가 올해 초 '수소경제 활성화 로드맵'을 발표하고 정기적 정책으로 수소경제를 추진하고 있는 가운데 국내 연구진들이 수소생산에 필요한 기술들을 속속 개발해 내고 있다.
KAIST는 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 수소 생산하는 과정에서 쓰이는 백금의 사용을 최소화하면서 성능을 16배 높일 수 있는 백금 기반 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다. 또 GIST도 신소재공학부 이상한 교수 연구팀이 태양광을 활용해 수소를 생산하는 광전극의 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다.
에너지공급의 대부분을 해외에 의존하고 있는 우리나라의 경우 화석연료를 수소로 대체함으로써 국가경제 부담을 크게 줄일 수도 있다. 또한 온실가스 배출 및 미세먼지를 줄임으로써 최근 문제시 되고 있는 대기질 개선은 물론 온실가스의 저감을 통해 기후변화 대응에도 크게 기여하는 것이다.
백금 기반 촉매들은 성능과 안정성이 높아 다양한 전기화학 촉매 분야에서 활용됐지만, 가격이 높아 상용화에 어려움이 있었다.
KAIST 이진우 교수 연구팀은 "해당 연구는 물 분해 방식뿐만 아니라 연료전지 기술과 같은 다양한 전기화학 촉매 분야에 응용될 수 있다"고 밝혔다. 연구팀은 백금의 활용도를 높이기 위해 백금을 단일원자 형태로 텅스텐 산화물 표면에 고분산 시켜 물분해 방식의 수소 생산 촉매에서 높은 성능을 구현했다.
연구팀은 이번에 백금과 강한 시너지 효과를 낼 수 있는 메조 다공성 텅스텐 산화물을 단일 원자 촉매의 지지체로 사용했다. 이를 통해 백금 단일 원자를 텅스텐 산화물에 담지했을 때, 텅스텐 산화물에서 백금 단일 원자로 전하 이동이 일어나 백금의 전자구조가 변하는 것을 확인했다.
이진우 교수는 "이번에 개발한 촉매는 기존 단일 원자 촉매 연구와 다른 관점에서 접근한 연구로 학술적으로 이바지하는 바가 크다"라며 "이번 연구를 통해 단일 원자 촉매 개발의 독보적 기술을 확보했다"라고 말했다.
GIST 이상한 교수 연구팀의 연구성과는 고밀도를 갖는 광전극 박막 증착법이 태양광을 이용한 지속적 물 분해 수소 생산 기술에 기여할 것으로 기대된다.
이상한 교수는 "광전기화학전지 물 분해를 통해 수소 생산의 실용화를 위해서는 광전극의 장시간 안정성이 요구되는데 본 연구에서 적용한 펄스드 레이저 증착법과 같은 물리적 기상 증착법을 이용하면 내구성 있는 광전극 제작이 가능하고, 광전극의 안정성을 높일 수 있을 것으로 기대한다" 고 밝혔다.
연구팀에 의해 고안된 고밀도 이종 구조 광음극 박막의 태양광을 이용한 광전류 밀도는 단일층 구리 비스무스 산화물 광음극 광전류 밀도에 비해 1.5배 향상됐다. 특히 고밀도 이종 구조 광음극 박막은 암전류 증가없이 8시간 이상 안정적으로 광전류 밀도가 유지되는 것을 확인했다. 장시간 안정성은 기존에 보고된 용액 공정으로 제작된 구리 비스무스 산화물 광음극의 안정성 테스트 시간(2~3시간) 보다도 약 3배 이상 지속된 시간이다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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