바닷물 활용해 수소 생산…건국대, 핵심 소재 개발

한혁수 교수 연구팀, 최소한의 빛으로 24시간 수소 생산

국내 기술로 바닷물(해수)과 어두운 조명을 활용해 수소를 생산하는데 성공했다.

건국대학교는 KU융합과학기술원 한혁수 교수(미래에너지공학과)가 서울시립대학교 김혁 교수(전자전기컴퓨터공학부), 한국세라믹기술원 정찬엽 박사(디지털소재혁신센터), 한국원자력연구원 여승환 박사(선진핵연료기술개발부)와 함께 실내조명만으로도 바닷물을 직접 연료로 사용해 수소를 발생할 수 있는 핵심 소재와 소자 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.

건국대 한혁수 교수 공동 연구팀이 제작한 슈퍼마켓 조명 수준의 저조도(3000 lx)에서 전기를 생산할 수 있는 저조도 광전기.

해수를 활용한 수소생산 촉매 설계 모식도.

공동 연구팀은 기존 수전해 시스템이 정수된 물을 사용하는 것과 달리 바닷물을 직접 전기분해해 그린 수소를 생산할 수 있는 핵심 양극 소재를 개발했다. 또 대면적 저조도 광전지와 연계해 실내에서 사용하는 조명 수준으로 낮은, 최소한의 광에너지로 바닷물에서 수소를 생산 할 수 있는 재생에너지 연계 시스템에 적용했다.

공동 연구팀은 “이를 활용하면 에너지 발전시설이 부족한 도서지역과 일부 해안가에서도 수소를 자가생산할 수 있다”고 설명했다.

공동 연구팀은 해수 환경에서 수전해 양극 소재의 내구성과 선택성을 확보하기 위해 니켈철 층상이중수산화물 촉매 소재 표면을 플라즈마를 활용해 개질했다. 표면 개질 후 니켈철 층상이중수산화물 표면에 염소 이온 흡착을 효과적으로 억제할 수 있는 금속상을 형성했다.

공동 연구팀은 “형성된 금속상은 수전해 반응시 음극 반응에 활성도를 높일 수 있는 것으로 확인했다”며 “개발한 촉매 전극은 해수 환경에서도 높은 효율과 내구성, 선택성을 지녀 그린 수소를 생산할 수 있다”고 밝혔다.

윗줄 왼쪽부터 시계방향으로 건국대 한혁수 교수, 서울시립대 김혁 교수, 한국세라믹기술원 정찬엽 박사, 한국원자력연구원 여승환 박사, 서울시립대 최효정 박사과정생, 공동 제1저자 건국대 엔흐바야르 엔흐툽신 박사과정생.

공동 연구팀은 유기반도체를 활용해 대면적 광전지를 제조하는 안정적인 반도체 공정을 개발해 태양광 뿐만 아니라 실내 LED를 이용한 3000lx의 저조도(슈퍼마켓의 조명 밝기 수준)에서도 전기생산이 가능한 광전기를 제작, 365일 하루 24시간 안정적으로 그린 수소를 생산할 수 있게 됐다.

연구팀은 자가발전 방식 전력 인프라도 동시에 개발해 삼면이 바다로 둘러싸여 해안가 지대가 많고 도서지역이 많은 우리나라에 적합한 ‘에너지 독립형 그린 수소 생산 시스템’의 원천 기술을 확보하게 됐다.

한혁수 교수는 “연구팀이 개발한 소재와 소자는 담수를 사용하지 않고 해수를 직접 연료로 사용해 수소를 발생할 수 있다”며 “해상에서 얻을 수 있는 최소한의 광에너지와 연계해 수소생산 시스템을 구축할 수 있기 때문에 도서 산간지역에 그린 수소 생산 거점을 확보하는데 기여할 것”으로 기대했다.

한편, 연구 진행 중 한국세라믹기술원에서 수행 중인 산업통상자원부 가상공학플랫폼구축사업을 통해 한 교수의 창업회사 더블에이치그린에 기술지원이 이뤄졌다.

이번 연구는 건국대 엔흐바야르 엔흐툽신 박사과정, 서울시립대 최효정 박사과정, 한국원자력연구원 여승환 박사가 공동 제1저자로 참여했으며 해외 유명 저널인 ‘Advanced Functional Materials’에 지난 25일자 속 표지로 게재됐다.