한국에너지기술연구원 수소융복합소재연구실 최윤석 박사팀이 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 정우철 교수, 부산대 재료공학부 박범경 교수 연구진과 함께 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전력생산 능력을 3배 이상 끌어올렸다. 특히 공기와 접촉되는 양극 촉매의 코팅을 4분 만에 끝낼 수 있는 기술을 개발했다. 12일 에너지기술연구원에 따르면 연구진이 개발한 코팅기술로 촉매를 만들어 연료전지를 400시간 이상 작동시키며 테스트를 진행했다. 그 결과, 연료전지의 전력 생산량이 650도의 낮은 온도에서도 기존 142 ㎽/㎠ 에서 418 ㎽/㎠로 3배 이상 향상됐다. 또 전기화학 반응 중 발생하는 저항이 10배 낮아졌다. 연구진은 지금까지 보고된 LSM-YSZ 복합전극 적용 고체산화물 연료전지 성능 중 최고 수준이라고 설명했다. 최윤석 박사는 "이번에 개발한 전기화학 증착기술은 기존 고체산화물 연료전지 제작 공정에 큰 영향을 주지 않는 후처리 공정으로 경제적으로 산화물 나노 촉매를 도입해 산업적 활용성이 높다"고 말했다. 이어 "고체산화물 연료전지 뿐만아니라 수소 생산을 위한 고온 수전해(SOEC) 등 다양한 에너지 변환장치에 적용 가능한 원천기술을 확보했다"고 덧붙였다. 고체산화물 연료전지는 수소, 바이오가스, 천연가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있다. 공정 중 발생하는 열을 이용한 복합발전도 가능하다. 고체산화물 연료전지의 성능은 공기극인 양극에서 일어나는 산소환원반응에 의해 결정된다. 연료극인 음극에서 일어나는 반응에 비해 양극의 반응 속도가 느려 전체 반응 속도를 제한하기 때문이다. 이처럼 느린 속도를 극복하기 위해 활성이 높은 새로운 공기극 소재를 개발하고 있으나 아직까지는 화학적 안정성이 부족해 지속적인 연구가 필요한 상황이다. 연구진은 안정성이 우수해 산업계에 널리 사용되는 소재인 LSM-YSZ 복합전극의 성능을 한 차원 높이는데 집중했다. 이를 위해 상온, 상압에서 작동하면서 복잡한 장비와 공정이 필요하지 않은 전기화학 증착법을 도입했다. 이 방식은 진공 상태에서 원하는 금속을 가열, 증발시켜 그 증기를 물체 표면에 얇은 막으로 입힌다. 복합전극을 프라세오디뮴 이온이 포함된 용액에 담가 전류를 흐르게 하면, 전극 표면에서 생성된 수산화기와 프라세오디뮴 이온이 만나 침전물의 형태로 변하고 전극에 균일하게 코팅된다. 이렇게 형성된 코팅층은 건조 과정을 거쳐 산화물 형태로 바뀌고 고온의 환경에서도 안정적으로 전극의 산소환원반응을 촉진한다. 한편, 연구진은 이번 연구 결과를 재료과학 분야 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 글로벌 완성차 업체들의 흑연 선점 경쟁이 뜨겁게 펼쳐지고 있는 가운데 다산솔루에타가 흑연화 촉진 기술을 보유하고 있어 주가가 상승세를 보이고 있다. 26일 오전 9시 17분 현재 다산솔루에타는 전날보다 6.03% 오른 2900원에 거래되고 있다. 업계에 따르면 테슬라, 벤츠 등 글로벌 완성차 업체들의 전기차 생산이 늘어나면서 핵심 소재인 흑연에 대한 수요가 급증함에 따라 오는 2032년까지 약 100여개의 흑연 광구가 더 필요할 것으로 전망되고 있다. 이에 전기차 업체들은 흑연에 대한 선점 경쟁이 펼쳐지면서 흑연 광구를 찾기에 나서고 있는 상황이다. 다산솔루에타는 촉매 흑연화(Catalytic graphitization)을 활용하며 전이 금속 물질이 촉매로 작용해 저온에서 흑연화가 촉진되는 기술을 보유하고 있다. 흑연화(Graphitizing) 및 비흑연화(non-graphitizing) 탄소 모두 낮은 온도 결정화가 가능함으로 대량 생산에 용이한 기술이다. 다산솔루에타는 관련 기술을 통해 생산한 전기차용 제품을 북미 완성차 업체에 납품한 이력이 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스]1회 충전으로 오래 쓸 수 있으면서도 음극재가 없는 2차전지가 개발했다는 소식에 켐트로스가 강세다. 국내 학계가 1회 충전으로 640㎞를 달릴 수 있는 무음극배터리 2차전지를 카보네이트 촉매를 이용해 개발한 가운데 켐트로스가 에틸렌카보네이트 전환 기술을 보유하고 있어 영향을 미친 것으로 보인다.  28일 오전 10시 12분 현재 켐트로스는 전 거래일 대비 280원(3.02%) 오른 9560원에 거래되고 있다. 이날 한 언론에 따르면 포항공대(포스텍) 화학과 박수진 교수·통합과정 조성진 연구팀은 오래 쓸 수 있는 무음극 2차전지를 개발했다고 전했다. 일반적으로 2차전지는 충전과 방전을 거듭할 때 리튬이온이 드나들면서 음극재 구조를 바꾸기 때문에 오랜 시간이 지나면 용량이 줄어들곤 했다. 연구팀은 음극재 없이 음극 집전체만으로 충·방전이 가능하면 2차전지 용량을 결정짓는 에너지 밀도를 높일 수 있다는 데 주목하고 무음극 2차전지를 통상 사용하는 카보네이트 용매 기반 액체 전해질에서 이같은 2차전지를 구현하는데 성공했다. 연구팀에 따르면 상용화된 이차전지보다 부피당 에너지 밀도가 40% 높아 1회 충전으로 450㎞ 주행할 수 있는 일반 전기차보다 긴 630㎞를 달릴 수 있다는 결과가 나왔다. 한편 켐트로스는 2차전지 전해액 첨가제와 반도체공정소재 그리고 디스플레이소재등 현재 산업에서 많이 사용되고있는 소재를 많이 상용화하고 있는 기업으로, 일본 독점으로 들어가는 이차전지 소재를 자체 개발해 국산화 하는데 성공했다. 최근에는 이산화탄소를 포집해 에틸렌카보네이트로 전환하는 기술을 개발하고 있다.   kmk@fnnews.com 김민기 기자

[파이낸셜뉴스] 김건태 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수 연구팀이 합성가스 촉매기술 개발에 성공하고 상용화 가능성이 높다는 전망이 나오면서 미코의 주가가 장중 오름세를 보이고 있다. 8일 오후 1시 5분 현재 미코는 코스닥 시장에서 전일 대비 3.32% 오른 1만900원에 거래되고 있다. 관련 업계에 따르면 김 교수팀은 이산화탄소와 메탄을 수소나 일산화탄소 등의 합성가스로 전환하는 '더 좋은 촉매기술'을 개발했다고 이날 밝혔다. 김 교수는 “그동안 온실가스를 수소로 변환하는 시도는 여러 차례 있었지만 적합한 촉매를 개발하지 못해 번번이 상업화에 실패했다”고 강조했다. 그는 이어 “이번 연구로 상업화를 위한 모든 요건을 만족한 만큼 상용화에 속도가 붙을 것”이라고 자신했다. 한 경제 매체에 따르면 합성가스 시장은 2022년 60조원로 예상되며 2028년에는 88조원 규모로 성장할 전망이다. 다만 핵심 기술은 아직 해외 기업이 보유하고 있어 국산화 수요가 높았다. 합성가스 기술의 국산화 여부에 투자자 관심이 집중되는 가운데, 이 같은 소식에 미코가 김 교수의 산학 협력 파트너로 나선 바 있어 매수세가 몰리는 것으로 풀이된다. 미코는 김 교수팀과의 협력을 위해 UNIST에 고체산화물 연료전지(SOFC)를 설치한 바 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

[파이낸셜뉴스]금양이 전기차 배터리에 들어가는 핵심 기술과 수소산업에 필수적인 백금촉매 기술로 새롭게 태어나고 있다는 소식에 강세다. 금양은 지난해 12월 출범한 부산 수소모빌리티협동조합의 중심으로 미래산업인 수소산업을 선도하고 있다. 28일 오전 9시 59분 현재 전 거래일 대비 245원(5.51%) 오른 4685원에 거래 중이다. 이날 한 언론에 따르면 금양은 전기차 배터리의 신무기로 불리는 NCMA(니켈 코발트 망간 알루미늄) 배터리를 만드는 데 필요한 핵심 기술을 가지고 있다. NCMA 배터리는 중국 LFP(리튬인산철) 배터리에 대항하는 K배터리의 신무기로 평가받는 떠오르는 전기차 배터리다. 금양은 이 NCMA 배터리 제조 과정에 필요한 지르코늄 첨가제와 리튬 미세가공 2가지 분야에서 독보적인 화재 안전성 관련 기술을 보유하고 있다. 지난해부터 매출이 발생하고 있는 금양의 지르코늄 첨가제는 NCMA에서 알루미늄에 도핑돼 전기차 배터리의 화제 안정성을 크게 높이는 역할을 한다. 테슬라의 모델 Y 전기차가 지난해 처음으로 NCMA 배터리를 채택했고, 미국의 전기차 보조금 법안 통과에 맞물려 GM의 얼티엄 전기차 라인업이 본격적으로 생산을 시작하면 지르코늄 첨가제 사업도 본격 궤도에 접어들 것으로 보고 있다. 금양은 수소산업에서 중요한 기술이 ‘백금촉매’ 기술인데, 금양이 순수 국내 자본 최초로 상용화에 성공했기 때문이다. 수소 분자(H2)는 백금촉매를 거쳐 수소 이온(H+)과 전자로 분리되는데, 이 과정에서 전기가 발생한다. 백금촉매가 없으면 수소산업 자체가 존재할 수 없기 때문에 수소산업의 핵심기술로 분류된다. 백금촉매 기술은 최첨단 고난도 기술이라 지금까지 개발에 성공한 회사가 전 세계에서 열 손가락 안에 들 정도로 보유 기업이 많지 않다. 금양은 백금촉매 기술을 기반으로 MEA(막전극접합체), 수소연료전지까지 기술 개발을 확장해 나간다는 계획이다.   kmk@fnnews.com 김민기 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 경기도 산학협력 지원사업인 경기도 지역협력연구센터(GRRC)가 탄소중립의 핵심 기술인 수전해 시스템의 효율을 높이는 기술을 개발했다. 경기도는 방진호 한양대학교 에리카(ERICA) 화학분자공학과 교수팀이 그린수소 생산 상용화 성공을 위한 촉매 공정 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 그린수소 등 수소 생산을 위한 수전해 시스템은 전기에너지를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 장치로 이산화탄소가 배출되지 않아 탄소중립에 크게 기여하는 기술이다. 화석 연료를 기반으로 수소를 생산하는 부생 수소 방식에서 벗어나서 고순도의 그린수소를 생산할 수 있는 가장 이상적인 수소 생산 방법으로 알려져 있다. 하지만 고가의 귀금속 촉매 소재를 사용함에도 불구하고 물 전기분해 반응에서 수소 생성 반응에 비해 산소 생성 반응(물 산화 반응)의 반응 속도가 낮아 수소 생산 효율이 떨어져 실용화에 어려움을 겪고 있다. 여러 가지 나노 구조의 고효율 촉매가 연구 개발됐으나, 경제성과 효율성을 만족시키는 소재가 없어 상용화되고 있는 수전해 시스템에서의 사용은 없었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 방진호 교수팀은 저가의 비귀금속 벌크 코발트 산화물(Cobalt(II,III) oxide: Co3O4)을 황화수소(H2S)로 채워진 환경에서 10분간 열처리함으로써 나노 구조화와 표면 활성을 극대화할 수 있는 혁신적인 촉매 공정을 개발했다. 열처리를 통해 얻어진 고효율 촉매는 기존 귀금속 산화물 촉매 활성보다 높은 촉매 활성을 보여주는 한편, 기존 고효율 나노 구조 기반 촉매와는 달리 대면적 시스템에서도 안정적인 촉매 활성을 확보함으로써, 그동안 상용 수전해 시스템에 적용이 어려웠던 나노 구조 기반의 촉매 소재 적용에 대한 가능성을 높였다. 이번 촉매 기술은 또한 다종 성분입자의 크기 및 조성 분포, 형상 등의 특성에 맞춰 범용적으로 적용될 수 있어 신개념 에너지 변환 기술(P2G) 반응 촉매 분야의 신산업 창출을 가져올 수 있을 것으로 기대된다. 방진호 교수는 “수전해 시스템의 효율 개선과 나노 소재 기반 촉매 기술의 실용적 적용에 대한 중대한 전환점을 마련했다”라고 이번 연구의 의의를 설명했다. 이번 연구는 경기도지역협력연구센터(GRRC) 사업 및 과학기술정보통신부·교육부 연구사업 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 촉매화학 분야 국제 저명 학술지인 ‘어플라이드 카타리시스 비: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’ 11월 5일자 최신호에 게재됐다. 한편 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 인프라가 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델로 관련 산업의 기술 경쟁력 향상을 통한 지역경제 활성화를 목표로 하고 있다. 2021년 지원되는 경기도비는 52억7천만 원으로 센터 당 5억1000만원씩 지원하고 있으며, 한양대를 비롯한 10개의 센터가 활발히 연구개발을 수행 중이다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스] 휴가철 폭염 예보에 전력 대란이 예상되며 코스닥 질소산화물 제거용 촉매 생산업체 나노의 수요 확대가 예상된다. 빠듯한 전력 공급을 메우기 위해 석탄발전기가 재가동되는 등 선택적 촉매환원(SCR) 기술 수요가 크게 늘어날 전망이다. 2일 한국거래소에 따르면 지난 5월 24일 코스닥 시장에서 1650원에 거래되던 나노의 주가는 이날 장중 4% 이상 오른 1940원에 거래되며 약 한 달만에 17.57%의 상승률을 기록했다. 이날 산업계 등 관련 업계에 따르면 올 여름철 전력 수요가 폭염과 코로나 백신 접종 확대에 따른 경기 회복 영향으로 역대 최고치를 기록할 것으로 전망된다. 산업통상자원부는 지난 1일 현안조정회의에서 '여름철 전력 수급 전망 및 대책'을 심의, 확정했다. 이에 따르면 올 여름 최대 전력 수요는 94.4기가와트(Gw)에 달할 전망이다. 이는 지난 2018년 기록한 사상 최고치(92.5Gw)보다 높은 수치다. 정치권 일각에서는 지난 2013년 8월 이후 8년만에 전력 수급 비상 경보 발령이 내려질 가능성도 언급되면서 담당 기관이 비상이 걸렸다. 나노는 정부가 시운전 중인 석탄화력발전기를 조기 투입하기로 결정하면서 투자심리가 개선된 것으로 풀이된다. 화석연료 연소 시 발생하는 질소산화물(NOx) 및 다이옥신(Dioxin)을 제거하는 핵심기술 중 하나인 SCR 촉매 기술은 여러 질소산화물 제거 방법 중에서 저감효율이 가장 높다. 또 배기가스의 부하 변동이 일어나도 안정적으로 처리할 수 있으며 제품이나 연소효율에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다. 나노 측은 "당사가 보유한 독자적인 SCR 촉매 개발 기술을 토대로 SCR 촉매 시장에서 원재료 생산부터 촉매 제조까지 밸류체인을 구축해 사업을 영위하고 있다"고 말했다. SCR 촉매는 특성상 3~4년에 한 번씩 교체돼야 하기 때문에 신규 SCR 설비 시장뿐만 아니라 교체 시장이 존재한다. 이 때문에 SCR 촉매의 수요는 매년 증가할 수 밖에 없다. 나노의 주요 고객으로는 발전회사, 산업플랜트회사, 플랜트 설계·조달·시동(EPC)사, 엔지니어링사, 선박엔진 제조사 등이 있다. dschoi@fnnews.com 최두선 기자

  [파이낸셜뉴스] 안일환 기획재정부 2차관이 28일 '중소기업 에너지 기술마켓' 개통식에 참석, 제도적 기반 마련 등 지원을 약속했다. '중소기업 에너지 기술마켓'은 우수 기술·자재가 있어도 납품실적·기술입증 한계 등으로 공공공사 참여와 납품이 어려운 중소기업을 지원하기 위한 플랫폼을 말한다. 공모방식을 통한 혁신기술의 개발 지원, 혁신제품 발굴·검증·구매 등을 통해 중소기업의 시장진입을 지원한다. 이는 2019년 6월 개통해 운영 중인 'SOC 통합기술마켓'의 모범 사례를 에너지 분야로 확대 적용한 것이다. '중소기업 에너지 기술마켓'은 한전, 발전사 등 에너지 분야 14개 공공기관의 자발적 협업으로 구축·운영된다. 안 차관은 축사를 통해 에너지 분야 공공기관들의 물품조달 규모가 지난해 기준 4조1834억원에 달하고 관련 산업 범위가 넓어 미래산업 분야로서 조달수요와 기술개발 잠재력이 크다고 평가했다. 이어 "에너지 기술마켓의 개통으로 공공기관 기술마켓의 규모와 중소기업 지원효과도 더욱 배가될 것"이라고 기대했다. 그는 "정부도 공공기관 기술마켓을 활성화하기 위해 제도적 기반 마련 등 지원방안을 적극 추진하고 있다"며 "내년 사업계획을 도전적으로 수립하는 등 적극적, 능동적인 플랫폼 운영을 통해 중소기업과 공공기관 모두에게 실질적인 도움이 돼야한다"고 강조했다. 그러면서 "한국판 뉴딜의 추진에 있어서도 새로운 기술과 공법, 제품을 도입하는 창구로 적극 이용하는 등 '에너지 기술마켓'을 혁신조달의 촉매제로 활용해 달라"고 당부했다. fact0514@fnnews.com 김용훈 기자

[파이낸셜뉴스] 금양이 수소연료전지 사업에 뛰어든다.  1일 업계에 따르면 금양은 한국과학기술연구원(KIST)으로부터 수소전기차량의 연료전지에 촉매로 쓰이는 백금을 2~2.5나노미터(nm)크기 초미세나노입자로 제조하는 기술을 이전받았다.   금양이 이전받는 기술의 핵심은 비정질 나노와이어 합성기술을 이용해 상온의 용액공정에서 균일 사이즈의 금속 나노입자를 대량생산하는 방식이다.  이 기술은 수소전기차량 구동에너지원인 연료전지 스택에서 대표적 전극촉매로 쓰이는 백금-카본의 활성 증가를 꾀하는데 절대적으로 유리한 기술로 평가받고 있다.  수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 화학적 장치인 스택내 셀에서 수소와 산소의 화학반응을 촉진시켜 고효율 전지를 만드는데 이 과정에서 촉매로 쓰이는 귀금속의 입자를 최소화해 활성표면적을 최대화하는 기술이다.  이렇게 되면 고가의 백금 사용량을 줄임으로써 수소전기차 원가의 40%이상을 차지하는 스택생산 비용을 낮출 수 있다. 또 일본 등의 업체로부터 수입해온 백금 등 산업용 촉매재료를 대체하는 효과도 상당할 것으로 보인다.   금양은 이 기술을 활용해 연내에 시제품을 개발하고 내년에는 양산체제를 갖춰 글로벌 수소차 업체에 본격 납품할 계획이다.  한편 국내외 수소차업계에서는 일본 T사와 벨기에 O사의 백금촉매제품을 주로 사용하고 있다.  kjw@fnnews.com 강재웅 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 공동연구를 통해 지구 온난화 주범인 이산화탄소를 에틸렌·에탄올 등 고부가가치 화학원료 만들어내는 새로운 촉매 기술을 개발했다. 이산화탄소 전환기술은 경제적 가치 창출뿐만 아니라, 이산화탄소 저감에도 이바지할 수 있어 기후 변화 대응의 핵심기술로 발전할 전망이다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 황윤정 박사 연구팀은 KAIST 김형준 교수 연구팀과 함께 이산화탄소를 산업에서 활용 가능한 탄소화합물로 만들어내는 새로운 전기 촉매 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. KIST 연구진은 구리 촉매 소재에 '세리아'라는 금속산화물을 도입, 나노 계면을 조절함으로써 다탄소 화합물 선택도를 향상시킬 수 있는 신규 촉매 설계 기술을 개발했다. 균일한 구리 촉매 표면은 다탄소 생성물 합성에 적절치 못하다는 이전의 연구 결과를 바탕으로, 다양한 화합물 만들 수 있도록 서로 다른 소재를 도입하는 접근법을 사용했다. 연구진이 도입한 금속산화물 '세리아'는 구리와의 계면에서 전자 및 화합물의 교환이 가능해 촉매 반응에 기여했다. 구리 나노입자 단일 촉매의 경우 에틸렌·에탄올의 생성전류 선택도가 40% 미만이었는데, KIST 연구진이 개발한 촉매는 65%로 높은 생성전류 선택도를 보였다. 또한, KIST 연구진은 계산·화학적 모델링을 통해 계면에서의 촉매 다양성 반응 원인을 규명했다. 특히, 구리와 세리아의 계면 조절을 통해 이산화탄소 전환 생성물의 비율을 조절할 수 있었고, 결과적으로 일산화탄소나 메탄과 같이 탄소가 하나인 화합물에 비해, 에틸렌·에탄올 등의 다탄소 화합물의 비율을 향상시키는 구조를 찾을 수 있었다. KIST 황윤정 박사는 "이산화탄소 전환 생성물의 다양성을 높이는 촉매 소재의 연구가 도전적이지만 새로운 가능성을 제시할 수 있을 것"이라고 말했다. 황 박사는 이어 "이번 연구로 밝혀진 촉매 반응의 이해와 촉매 소재 개발 전략은 다탄소 화합물 합성 성능 향상에 기여해 이산화탄소 활용 기술의 실용화 가능성을 높일 것"이라고 전망했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 기후변화대응기술개발사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 분야 최고 수준 과학전문지인 'ACS 에너지 레터스' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자