[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구단이 그린수소 1㎏ 생산 비용을 1달러까지 낮출 시기를 앞당길 기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이 기술로 재생에너지로 물에서 수소를 뽑아내는 수전해 장치의 핵심 소재인 이리듐을 현재 사용하는 것보다 단 5%만 사용하고도 1.5배 많은 수소를 생산해냈다. 또한 내구성도 8배 이상 뛰어나 이 기술을 적용하면 대형 수전해 설비 구축 가격을 낮추는 데 기여할 것으로 보인다.조 바이든 대통령이 지난 2022년 8월 발표한 인플레이션 감축법 (IRA)은 탄소배출을 줄이는 청정에너지 기술을 지원하고 있다. 이중 재생에너지를 사용해 생산하는 수소가 대표적이다. 미국 에너지부에서는 이를 뒷받침하기 위해 2030년까지 수소 1㎏ 생산비용을 1달러로 낮추겠다는 '수소 1달러 프로젝트'를 추진중이다. 현재 그린수소 생산단가가 주요선진국은 3~10 달러이며, 우리나라는 10달러 수준이다. 수전해장치의 고분자 전해질막에 사용하는 고가의 이리듐이 생산단가를 낮추지 못하는 요인중 하나다. KIST 김명근·유성종 박사팀이 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 대폭 줄인 촉매를 개발했다. 이리듐을 붙잡고 있는 탄소 지지체는 기존의 경우 수전해 반응때 사용하는 전압인 1.6~2.0 V에서 쉽게 구조가 손상되거나 부서질 수 있어 안정적인 지지체 개발이 중요한 과제였다. 연구진은 이를 해결하기 위해 물과의 상호작용이 적은 소수성 탄소를 지지체로 만들었다. 그 결과, 이리듐 사용량을 줄이면서도 부식 반응을 막았다. 또한, 촉매 내구성을 향상시키기 위해 탄소 지지체 위에 셀레늄을 도입했다. 셀레늄이 얇은 수산화물 층으로 이리듐을 코팅해줌으로써 수전해 반응 중 쉽게 변하거나 떨어져 나가는 것을 막았다. 연구진은 이리듐이 1㎠당 1~2㎎ 들어간 촉매와 1㎠당 0.05㎎을 사용한 새 촉매를 상용화된 수전해 장치에 적용해 테스트했다. 그결과 새 촉매가 이리듐을 적게 사용했음에도 수소를 1.5배 더 생산해냈다. 또한 370시간 동안 장치를 가동해도 성능이 떨어지지 않아 기존 것보다 8배 이상 높은 내구성을 보였다. 김명근 박사는 "저이리듐 촉매를 만들기 위한 지지체 개발과 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다"며, "대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것"이라고 말했다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 촉매를 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 표지논문(Front Cover)으로 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 수소를 보다 쉽고 안전하게 저장하고 운반할 수 있는 암모니아를 만드는데 보다 효율적인 촉매가 개발됐다. 이 촉매는 시간당 7.9㎎/㎠의 암모니아 생산량을 기록하며 기존 촉매보다 성능이 크게 향상됐다. 포항공과대학교(POSTECH)는 화학공학과·친환경소재대학원 김원배 교수팀이 암모니아 생산에 사용하는 촉매를 산소 빈자리 조절과 이종 원소를 첨가해 새롭게 개발했다고 22일 밝혔다. 이 기술은 하나의 질소에 세 개의 수소를 결합시킬때 필요한 촉매의 성능을 끌어올린 것이다. 청정에너지인 수소는 반응성이 매우 커 수소를 안전하고 효율적으로 저장하고, 운반할 방법이 필요하다. 하나의 질소에 세 개의 수소가 결합한 암모니아는 수소보다 안정성이 높고, 수소 밀도가 높아 수소의 저장 및 운반 매개체로 최근 떠오르고 있다. 암모니아를 생산하는 기존 공정은 많은 양의 에너지를 소모하고, 온실가스를 배출한다는 문제점이 있어 질산과 질산염을 이용한 친환경 기술이 대안으로 주목받고 있다. 하지만 질산염 환원 반응과 함께 발생하는 수소 환원 반응으로 인해 그린 암모니아 생산 효율이 떨어졌다. 연구진은 이를 극복하기 위해 먼저 아르곤 플라즈마 처리를 통해 구리 산화물 촉매의 산소를 일부러 제거해 '산소 빈자리'를 만들었다. 촉매를 구성하는 산소 음이온 하나가 사라지면, 촉매 표면에는 전기적 중성을 맞추기 위해 반응에 참여할 수 있는 자유전자가 풍부해진다. 또한 촉매 활성 부위가 넓어져 더 많은 반응 물질이 촉매와 접촉할 수 있게 된다. 연구진은 이 촉매에 질소와 셀레늄을 첨가한 탄소 지지체를 사용했다. 질소와 셀레늄은 질산염 이온의 질소와 탄소 결합을 약하게 만든다. 이를통해 질산염 이온이 훨씬 더 쉽게 촉매 표면에 달라붙도록 도와 수소 환원반응보다 질산염 환원 반응이 잘 일어나도록 했다. 이렇게 만든 촉매는 암모니아 생산 효율이 향상됐다. 패러데이 효율(FE) 측정 결과 87.2%로 기록됐다. 패러데이 효율은 전기화학적 반응에서 전자가 얼마나 효율적으로 암모니아 생산에 사용됐는지를 나타내는 지표다. 즉 패러데이 효율이 87.2%라는 것은 반응 중 사용된 전자의 약 87%가 암모니아 생산에 기여했다는 것을 의미한다. 한편, 이번에 개발한 촉매는 그 우수성을 인정받아 나노 공학 분야 국제 학술지 '스몰(Small)'의 표지 논문으로 게재됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소융복합소재연구실 이신근 박사팀이 반도체나 디스플레이 생산 공정에서 배출되는 온실가스를 깨끗한 공기로 바꾸는 촉매를 개발했다. 반도체와 디스플레이 생산 공정에서 사용되는 아산화질소는 지구온난화지수가 이산화탄소 대비 300배 이상이며, 대기 중에 머무는 기간이 약 120년으로 강력한 온실가스다. 28일 에너지기술연구원에 따르면, 이 촉매는 1~20%의 다양한 농도에서도 아산화질소를 99% 이상 분해한다. 또, 500시간 이상의 운전에도 촉매의 성능이 떨어지지 않는다. 연구진은 "이 촉매를 실제 공정에 적용하기 위해 촉매 분해 시스템 업체와의 협력을 추진하고 있으며, 올 하반기부터 상용화 단계에 진입할 것으로 예상된다"고 말했다. 반도체 증착에 사용되는 아산화질소는 연소, 플라즈마, 촉매분해 방식을 통해 분해된다. 하지만 연소 방식은 분해 과정에서 온실가스인 이산화탄소, 질소산화물이 발생하며, 플라즈마를 이용한 분해 방식에서도 질소산화물이 생성되고 전력소모가 많다는 문제가 있다. 반면, 촉매 분해 방식은 낮은 온도에서도 대량의 배출가스를 분해할 수 있고 질소산화물을 생성하지 않아 가장 친환경적인 분해 방식으로 평가받고 있다. 현재 질산 제조 공정 등에 활용되고 있으나, 반도체 제조 공정에는 최대 15%에 달하는 고농도의 아산화질소를 분해할 수 있는 기술이 필요해 아직까지 적용되지 않았다. 연구진은 아산화질소 분해 촉매의 성능과 내구성을 높이기 위해 달걀껍질을 닮은 에그쉘 구조의 촉매를 적용했다. 촉매의 내부에는 열과 힘에 잘 견디는 알루미나 지지체를 활용했으며, 외부의 둥근 표면을 따라 구리 촉매를 고르게 퍼트려 아산화질소에 대한 반응도를 높이고 분해 성능을 향상시켰다. 연구진은 현재 분해 촉매로 사용되고 있는 고가의 루테늄보다 매우 저렴하며 우수한 산화환원반응을 가진 구리를 촉매로 적용했다. 지지체의 표면을 따라 얇고 고르게 분산된 구리는 아산화질소 분해 반응을 일으키는 표면적을 극대화하는 역할을 한다. 이를 통해 표면에 흡착된 아산화질소는 질소와 산소로 빠르게 전환돼 질소산화물로 화합되는 것을 방지한다. 촉매의 내부에는 열과 힘에 강하면서도 제조공정이 매우 간단한 알루미나 지지체를 적용해 양산화 가능성을 높였다. 지지체는 가래떡을 뽑아내는 형태의 간단한 압출 공정을 통해 제조된다. 표면에는 구리 촉매가 얇게 퍼질 수 있도록 분무 형태의 스프레이 코팅법을 적용했다. 이처럼 간단한 공정을 통해 실험실 규모임에도 하루 30㎏ 이상의 촉매 제조를 가능케 했다. 이신근 박사는 "이 촉매는 간단한 제조공정으로 대량생산이 가능해 상용화 가능성이 높다"며, "반도체, 디스플레이뿐만 아니라 암모니아 연소 등 다양한 분야에 적용 가능한 유망한 기술로 국가 온실가스 저감 목표에 기여할 수 있다"고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 쌀에 소의 줄기세포를 붙여 쇠고기 쌀을 만들었다. 지금까지 다양한 형태의 배양육이 개발됐지만 곡물을 지지체로 이용한 방법은 세계 최초다. 특히 쌀에 배양한 쇠고기는 가축을 직접 길러 얻는 고기보다 탄소 배출량이 8분의 1 정도여서 국가적 탄소감축 목표를 달성하는데에도 도움이 될 것으로 보인다. 이 쇠고기 쌀은 지금까지 알려진 실험실에서 키운 배양육이나 귀뚜라미, 메뚜기 등으로 얻어낼 수 있는 단백질을 새로운 방법으로 만들어 낸 것이다. 일반 쌀보다 단백질 8%, 지방 7% 더 높아 연세대 홍진기 화공생명공학과 교수팀은 쇠고기 쌀을 개발해 15일(한국시간) 학술지 '매터(Matter)'에 공개했다. 쇠고기 쌀 개발에 참여한 존스홉킨스 대학의 박소현 박사후연구원은 "쌀은 그 자체만으로도 영양분이 많지만 가축 세포를 추가하면 더 향상될 수 있다"고 말했다. 실제로 쇠고기 쌀은 일반 쌀보다 단백질이 8%, 지방이 7% 더 많았다. 이 쇠고기 쌀로 만든 밥은 근육과 지방 함량의 정도에 따라 쇠고기나 아몬드 냄새, 크림과 버터 냄새가 났다. 박소현 박사는 "단백질 100g이 함유된 쇠고기 쌀을 만들때 이산화탄소 6.27㎏이 배출되지만 축산으로 얻은 쇠고기는 49.89㎏의 이산화탄소를 배출하는 것으로 추정된다"고 설명했다. 홍진기 교수에 따르면 배양육을 만들때 가장 중요한 요인을 4가지로 꼽을 수 있다. 사용할 세포의 종류와 배양액의 종류, 세포를 키울때 사용하는 지지체 그리고 어떻게 식품으로 가공할지 등이다.  세포가 모여 조직을 이루기 위해서는 세포들을 감싸고 입체적으로 성장할 수 있는 지지체가 있어야 한다. 연구진은 소의 세포를 대량으로 배양하기 위한 지지체 후보군을 탐색하던 중 쌀을 주목했다. 홍 교수는 "살아있는 소의 세포를 채취해 따로 키우면 잘 자라지 않는데 쌀에서 정말 잘 자라는 것을 확인했다"고 말했다. kg당 쇠고기 2만원...쇠고기쌀 3000원 쌀은 세포가 구석구석 들어가 성장할 수 있는 매우 미세한 구멍이 있어 세포를 키우는데 이상적으로 조직화된 구조를 갖추고 있다. 또한 쌀에는 소 줄기세포가 성장하는데 필요한 영양분을 가지고 있어 매우 이상적인 지지체다. 연구진은 우선 세포가 쌀에 더 잘 달라붙도록 하기 위해 생선에서 추출한 젤라틴으로 코팅했다. 소 근육과 지방 줄기세포를 이 쌀에 파종한 후 실험실 접시에서 9~11일 동안 배양했다. 연구진은 "이렇게 만든 쇠고기 쌀은 식품 안전 요건을 충족하고 식품 알레르기 유발 위험이 낮은 성분으로 돼 있다"고 설명했다. 연구진은 이 쇠고기 쌀이 식용으로 적합한지를 확인하기 위해 직접 밥을 지어 영양가, 냄새, 질감 등 다양한 분석을 진행했다. 그결과, 쇠고기 쌀은 일반 쌀처럼 밥을 지었을때 찰지거나 끈적이고 부드럽지 않고, 더 단단하고 부서지기 쉬웠다. 또 근육 함량이 높은 쇠고기 쌀은 쇠고기나 아몬드와 같은 냄새가 났으며, 지방 함량이 높은 것은 크림, 버터 및 코코넛 오일 냄새가 났다. 박소현 박사는 "쇠고기가 ㎏당 2만원에 육박하고 있지만 쇠고기 쌀 배양이 상용화된다면 쇠고기 쌀은 ㎏당 약 3000원이 될 수 있다"면서 "이 쇠고기 쌀은 향후 기근을 위한 식량 구호, 군사 배급, 심지어 우주 식량의 역할을 할 수도 있을 것"이라고 말했다. 연구진은 쇠고기쌀이 식품 안전 위험성이 낮고 생산 공정도 상대적으로 쉽다는 점을 들어 상용화 가능성이 높다고 전망했다. 이번 개발에 힘입어 쌀에서 성장하는 근육과 지방이 더 많아지도록 하기위한 추가 연구를 진행할 계획이다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 폐 플라스틱에서 수소를 뽑아내는 기술이 개발됐다. 이는 연간 240만t 이상 생겨나는 플라스틱 쓰레기가 새 플라스틱으로 재활용하는 방법 이외에도 수소라는 에너지원으로 전환할 수 있음을 의미한다. 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 현택환 단장이 이병훈 고려대 KU-KIST 융합대학원 조교수와 김민호 경희대 교수팀과 함께 단 1g의 촉매로 폐 플라스틱에서 시간당 3.7L의 수소를 만들어냈다. 이 기술의 가장 큰 특징은 촉매를 만들고 사용할때 다른 에너지 없이 햇빛만으로도 가능하다는 것. 또한 40시간만에 폐플라스틱을 98% 분해해 수소를 만들어냈다. 이병훈 교수는 5일 "태양에너지를 사용해 친환경적으로 촉매를 만들고, 이 촉매로 수소를 만드는 방법"이라며, "국내외를 포함해 지금까지 개발된 기술보다 10배 이상 높은 성능을 보였다"고 말했다. 그러면서 "이번 성과를 통해 산업화로 가는 단계인 대형화 스케일이 실제 가능할 것으로 기대되며 실제로 연구를 진행중"이라고 덧붙였다. 비영리 환경단체 오션클린업이 2021년 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 발표한 연구에 따르면, 바다로 배출된 전세계 플라스틱 폐기물은 매년 115만∼241만t에 달하는 것으로 추정된다. 또한 2020년 발표한 통계청 자료에서는 우리나라 1인당 연간 플라스틱 쓰레기 배출량이 99.51㎏으로 세계 최고 수준이라고 지적했다. 연구진은 이같은 플라스틱 쓰레기 문제를 해결하기 위한 방안 중 수소를 뽑아내는 기술 개발에 집중했다. 우선 별도의 전기에너지나 열에너지 없이 햇빛만으로도 상온에서 촉매를 만들어냈다. 쉽게 구할 수 있는 이산화티타늄에 백금을 붙이는 형태다. 이렇게 만든 촉매는 1g당 백금이 0.7㎎, 전체의 0.7%만 들어가 비용을 최소화했다. 이산화티타늄 내부에는 산소가 빠져나가며 생긴 일종의 구멍이 있다. 연구진은 이산화티타늄에 햇빛을 쪼여 내부 산소 결함을 표면으로 이동시켰다. 표면에 생긴 구멍을 금속의 결합 자리로 이용한다. 연구진은 촉매를 만드는 과정에 대해 "바둑판의 교차점에 바둑알을 놓듯, 금속 촉매들을 지지체의 표면에 균일하게 결합할 수 있었다"고 설명했다. 우선 폐 플라스틱을 수산화칼륨 용액에 녹인 뒤 촉매를 넣어 성능을 테스트했다. 그 결과, 1g의 촉매를 사용했을 때 1시간에 3.7L의 수소를 생산, 세계 최고 효율을 보였다. 또 이 촉매는 40시간 동안 98%의 폐 플라스틱을 수소와 이산화탄소로 바꿔놨다. 이는 기존 가장 성능이 우수하다고 보고된 촉매보다 10배 이상 높은 성능이다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 촉매와 수소생산 결과를 6일(한국시간) 국제학술지 '네이처 머터리얼스(Nature Materials)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국세라믹기술원(원장 정연길, 이하 세기원)이 SOEC(고온 수전해) 기초기술 고도화를 위해 유럽의 연구소들과의 국제공동연구를 추진한다고 밝혔다. 세기원은 현지시간으로 지난 11일 영국 스코틀랜드에 소재한 세인트 앤드류스 대학교에서 ‘한-유 고효율 수소 및 저탄소디지털 전환 국제공동 연구 조성 사업’의 일환으로 영국 세인트 앤드류스 대학교, 독일 프라운호퍼 세라믹전문연구소(IKTS)와 3자 업무협약을 체결했다. 세기원과 업무협약을 맺은 영국 세인트 앤드류스 대학은 1413년에 설립된 연구중심의 대학으로, 영국 왕가의 혈통들이 수학 중인 영국 최상위권 종합대학이다. 독일 프라운호퍼 세라믹연구소는 독일 최대 연구소 그룹인 프라운호퍼 연구협회 소속의 유럽 최대 세라믹 연구소다. 금번 MOU를 계기로 세기원은 LSGM(LaGaO3 전해질 신소재) 전해질 기반 셀/초음파 스프레이 신공정 기술을 적용한 셀을 제작하며, 영국 세인트 앤드류스 대학교는 산화물 나노 전극 촉매를 적용한 LSGM 기반 셀의 성능 향상과 CO₂ 전기분해, 수소생상 성능 향상을 지원하기로 했다. 독일 프라운호퍼 세라믹전문연구소는 국내에서 개발한 셀/스택의 수소생산성의 검증을 맡는 한편, 대용량 power to X와 CO₂ 전기분해 응용 기술을 개발할 예정이다. 국제공동연구 추진 분야는 ‘SOEC’로, 이는 고온 세라믹 부품 소재들을 이용하여 고온에서 수증기를 전기분해하는 방식이자 고효율 차세대 수전해 기술로도 각광받고 있다. SOE 핵심기술은 고이온 전도성 세라믹 전해질 지지체 기술로, 앞서 세기원은 LSGM 소재를 기반으로 한 고성능 SOEC 핵심기술을 확보하고 있다. 해당 기술은 세기원 내 신태호 박사 연구팀이 주도 중이며, 영국의 세인트 앤드류스 수소 가속화 사업단과 유럽의 프라운호퍼 세라믹전문연구소, 일본의 큐슈대학교 국제탄소중립에너지연구소(I2CNER) 등과 전략적 협력관계를 유지 중이다. 특히 최근에는 고효율 고온 수소 생산 핵심소재와 SOEC 셀 제작을 위한 새로운 공정 기술의 검증과 고도화를 목표로 국제협력을 강화해가고 있는 추세다. 한국세라믹기술원 신태호 박사는 “국내 유일 LSGM 전해질의 대면적 전해질 지지형 SOEC 셀 연구 개발과 AI 첨단 제조공정을 활용 중”이라며, “국제기관과의 협력 속에 축적되어 있는 국내 SOEC 세라믹 부품 소재 기술을 전 세계에 알리고 사업화를 위한 기술 고도화의 선도적 역할을 할 것”이라고 전했다.

한국전력이 수소경제 패러다임을 이끌기 위해 이산화탄소 배출 없이 재생에너지 전력을 이용한 친환경 수소생산에 나서고 있다. 블루수소, 청록수소, 그린수소를 생산하는 차세대 친환경기술 개발에 나선 것이다. 또 수소를 저장하는 연료전지를 비롯해 터빈 등 수소 발전기술까지 아우르는 수소 전주기 기술확보를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보한다. 이를 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소에 적용하고, 향후 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다. ■청정수소 기술개발·사업화 나서 21일 업계에 따르면 한전 전력연구원은 청정수소 대용량·상용급 기술 보급과 사업화를 추진하고 있다. 블루수소, 청록수소 생산기술은 발전사와 공동추진해 2022년 파일럿급 실증을 기반으로 MW급 설계기술을 확보할 계획이다. 2025년에는 MW급 시스템을 수소발전소 현장에 적용해 트랙 레코드를 확보하고, 전력그룹사 청정수소 발전소에 확대 보급한다. 블루수소는 금속 소재의 산화(수소) 및 환원(이산화탄소) 순환반응을 이용해 메탄과 수증기를 수소로 전환하고, 이산화탄소를 포집하는 생산기술을 개발하고 있다. 청록수소는 천연가스를 금속 촉매로 직접 분해해 수소 생산비용을 획기적으로 줄이는 기술이다. 그린수소는 재생에너지 전력으로 물을 전기분해해 온실가스 배출이 없는 그린수소를 생산·저장하는 P2G(Power to Gas) 기술을 개발하고 있다. 수소저장시스템은 그린수소 생산, 저장, 연료전지 연계시스템을 구축했다. 2019년 국내 최초로 파일럿 규모(20 N㎥H2) 액상유기수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier) 수소저장 시스템을 개발하고, 이를 적용한 수전해(그린수소 생산)-LOHC(저장)-연료전지(전기·열 생산) 연계시스템을 구축했다. 고효율·대용량 그린수소 생산을 위해 산업통상자원부 지원사업으로 알칼라인과 고분자막 수전해 모듈을 연계한 2MW급 하이브리드 수전해 시스템을 개발하고 있다. 수전해에서 생산된 그린수소와 발전소에서 포집한 이산화탄소는 메탄으로 전환한다. 이를 기존 가스망과 연계하는 P2G 통합 엔지니어링 기술 개발을 위한 2MW급 플랜트 설계와 비즈니스 모델 도출을 위한 연구도 수행하고 있다. 또 재생에너지와 연계한 그린수소 생산 실증으로 2024년까지 사업화 기반을 구축한다. 향후 10MW 규모의 상용급 P2G 시스템을 개발해 해상풍력발전 등 대규모 재생에너지 단지와 연계한 그린수소 생산 상업운전을 추진한다. ■고체 산화물 연료전지 상용화도 추진 전력연구원은 고체 산화물 연료전지(SOFC·Solid Oxide Fuel Cell) 상용화를 위한 3kW급 가정용 시스템과 20kW급 건물용 발전시스템을 개발해 전력계통 연계실증을 성공 진행했다. 특히 연료개질기, 기동용 버너, 고온열교환기 등 BOP(Balance of Plant) 기술과 시스템 설계 및 종합기술을 확보했다. 개발된 3kW급 시스템은 공동연구 기관인 에이치앤파워에 기술이전했고, 사업화를 위해 KGS 인증·KS 인증을 완료했다.수소혼소 발전용 가스터빈 실증설비를 올해 7월 전력연구원에 준공한다. 전력연구원은 발전사와 공동연구로 F급 가스터빈(150MW급) 운영기술에 기반해 수소 혼소 연구를 수행하고 있다. 향후 주요 제작사 가스터빈을 대상으로 국내 실증 발전소를 선정해 상용화까지 지원할 계획이다. SOFC 기술은 종래 연료극지지체 방식의 단점인 내구성과 열싸이클 문제를 개선한다. 고신뢰성의 전해질지지체식 셀과 kW급 스택을 2023년까지 개발할 계획인데, 저가의 셀 제조공정·스택킹 양산화가 목표다. 개발된 kW급 스택은 모듈화를 통해 수백 kW급 대용량 발전용으로 개발하여 SOFC 분산전원시스템 사업화를 추진한다. 한전은 "수소는 재생에너지를 이용한 물의 전기분해 등 다양한 방법으로 생산 가능하며, 연소 과정에서 유해한 부산물이 발생하지 않는 친환경 에너지"라며 "생산 즉시 소비되는 전기와 달리 수소는 대용량·장기간 저장이 가능한 에너지 유통수단으로 전력과 열 생산뿐만 아니라 수송 등 다양한 분야에 활용할 수 있다"고 강조했다. lkbms@fnnews.com 임광복 기자

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 이홍경 교수팀과 한국전기연구원 김병곤 박사팀이 전해액을 물로 사용하는 아연-이산화망간전지의 사용수명을 28배 늘릴 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술을 통해 아연-이산화망간전지를 안정성이 중요한 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)의 새로운 에너지 저장원으로 활용할 수 있을 것이라고 전망했다. 연구진은 수계 아연-이산화망간전지를 양극과 분리막 사이에 기공성 탄소 지지체를 삽입했다. 이 전지를 테스트한 결과, 충전용량이 g당 278㎃h가 나와 탄소지지체를 사용하지 않은 전지에 비해 15% 향상됐다. 또한 기존 전지는 108번을 사용하면 성능이 떨어졌지만, 연구진이 개발한 전지는 3000번 넘게 충방전을 해도 85.6%의 용량을 유지했다. 연구진은 나노 탄소 소재의 단순한 산 처리와 얇은 지지층의 설계로 확연하게 셀 성능이 향상됐다고 설명했다. 리튬이온전지는 발화성이 높아 안전성이 떨어지며 공정비용이 높지만, 수계 아연-이산화망간전지는 물 기반 전해액을 사용해 안전하며, 가격 절감에 유리하다. 이러한 장점이 있는 반면 수계 아연-이산화망간전지는 기존 리튬이온전지보다 반응이 복잡하다. 이 전지가 충방전때 이산화망간에서 망간이온이 분리되면서 절연체들이 축적된다. 이렇게 되면 충방전 효율이 떨어지고 용량이 줄어들게 된다. 연구진은 이를 방지하기 위해 지지체를 전지의 에너지밀도 손실을 최소화 할 수 있도록 얇은 필름 형태로 만들었다. 또 지지체를 구성하는 탄소 나노분말의 표면을 산처리해 전자전도성 및 이온친화 기능을 동시에 부여하도록 했다. 이홍경 교수는 "수계 아연-이산화망간 전지에서의 양극 구동 원리와 반응 현상을 실험적으로 밝혀냈으며, 이를 기반으로 한 전지 부품 소재 개선을 통해 성능향상을 이끌어냈다는 측면에서 의미가 있다"고 말했다. 또 김병곤 박사는 "산 처리 탄소 지지층 사용한 방법은 경제적이고 효과적인 방법"이라며 "이를 통해 대면적, 대용량 아연-이산화망간 전지의 수명 안정성을 확보 할 수 있다면 차세대 에너지 저장원으로써 ESS용 리튬이온전지를 대체할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구성과는 그 우수성을 인정받아 재료과학 분야의 국제 학술지 '스몰 메소드(Small Methods)' 2월호 표지논문에 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 만들 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매에 비해 66배 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄으로 만들었다. 기초과학연구원(IBS) 현택환 나노입자 연구단장팀은 인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀, 김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀과 함께 이산화탄소를 메탄·에탄으로 만드는 광촉매를 개발했다고 9일 밝혔다. 우선 연구진은 안정화된 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 상호작용에 주목했다. 금속-지지체 상호작용은 지지체와 그 위에 올려진 금속촉매 사이에서 일어나는 화학작용을 말한다. 촉매의 활성을 높이기 위한 필수 요소지만, 원자 단위의 정밀한 조정이 어렵다. 그결과 금속-지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환되는 부분이 생긴다는 사실을 발견했다. 즉 구리원자가 이산화티타늄으로부터 전자를 받아 이산화탄소에 넘겨줌으로써 태양빛과 물만으로 이산화탄소를 화학연료인 탄화수소로 만든 것이다. 연구진은 이를 기반으로 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 만들었다. IBS 연구진은 이에 앞서 2019년 광촉매인 이산화티타늄 나노입자 위에 구리 원자를 올린 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 개발해 햇빛과 물로 수소를 만드는데 성공했다. 이때 개발한 촉매는 값비싼 귀금속을 사용하지 않고도 촉매 성능을 수십 배 이상 향상시켜 주목을 받았다. 이번에는 이 촉매를 활용해 태양광과 물만 이용해 이산화탄소를 화학연료로 만드는 촉매 개발에 성공한 것이다. 현택환 단장은 "추가 연구를 진행한다면 광촉매를 이용해 이산화탄소를 에탄올, 프로판올 등 더 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 것도 가능할 것"이라고 말했다. 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 만들 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매에 비해 66배 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄으로 만들었다. 기초과학연구원(IBS) 현택환 나노입자 연구단장팀은 인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀, 김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀과 함께 이산화탄소를 메탄·에탄으로 만드는 광촉매를 개발했다고 9일 밝혔다. 우선 연구진은 안정화된 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 상호작용에 주목했다. 금속-지지체 상호작용은 지지체와 그 위에 올려진 금속촉매 사이에서 일어나는 화학작용을 말한다. 촉매의 활성을 높이기 위한 필수 요소지만, 원자 단위의 정밀한 조정이 어렵다. 그결과 금속-지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환되는 부분이 생긴다는 사실을 발견했다. 즉 구리원자가 이산화티타늄으로부터 전자를 받아 이산화탄소에 넘겨줌으로써 태양빛과 물만으로 이산화탄소를 화학연료인 탄화수소로 만든 것이다. 연구진은 이를 기반으로 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 만들었다. IBS 연구진은 이에 앞서 2019년 광촉매인 이산화티타늄 나노입자 위에 구리 원자를 올린 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 개발해 햇빛과 물로 수소를 만드는데 성공했다. 이때 개발한 촉매는 값비싼 귀금속을 사용하지 않고도 촉매 성능을 수십 배 이상 향상시켜 주목을 받았다. 이번에는 이 촉매를 활용해 태양광과 물만 이용해 이산화탄소를 화학연료로 만드는 촉매 개발에 성공한 것이다. 현택환 단장은 "추가 연구를 진행한다면 광촉매를 이용해 이산화탄소를 에탄올, 프로판올 등 더 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 것도 가능할 것"이라고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자