그린수소 비용 ‘확’ 줄이는 혁신 소재 등장

KETI, 희귀 금속 사용량 획기적 감축 ‘단원자 촉매’ 개발

한국전자기술연구원(KETI·원장 신희동)은 수전해 기술에 필수인 고가 금속 촉매 사용을 대폭 줄일 수 있는 단원자 촉매 기술을 개발, 관련 내용을 화학공학 분야 국제 저명 학술지에 게재했다고 4일 밝혔다.

수전해 기술은 전기에너지로 물을 수소와 산소로 분리하는 과정이다. 탄소를 배출하지 않는 그린수소를 생산하는 청정에너지 기술이다.

화학공학 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF=16.744)’에 ‘수소 발생 반응을 위한 다공성의 니켈 단원자 촉매 개발’을 제목으로 게제한 제1저자 박진우 연구원(왼쪽)과 교신저자 임현수 책임연구원.

KETI 관계자는 “물에 전기 반응을 일으키는 촉매 소재는 백금(Pt)·이리듐(Ir) 등 희귀 금속과 니켈(Ni)·코발트(Co) 등 핵심 광물을 주로 사용했지만 비싼 가격과 수급 부족 등의 문제가 꾸준하게 제기됐다”고 설명했다.

KETI 신재생에너지연구센터 연구진이 개발에 성공한 단원자 촉매는 금속 함유량이 40~70%에 이르는 기존 촉매와 달리 약 1% 정도 금속만으로 같은 성능과 내구성을 갖췄다.

KETI 연구진은 극소량(촉매 성분의 1%) 니켈에 특정 유기물(도파민)을 중합해 니켈이 원자 단위로 존재하는 환경을 조성, 열분해 등 일련의 화학적 공정을 진행해 고효율 단원자 촉매를 합성했다.

기술 개발을 주도한 임현수 책임연구원(박사)과 박진우 연구원(박사과정)에 따르면 단원자 촉매는 원자 덩어리로 구성된 벌크 촉매보다 입자 하나의 촉매 활용도가 이론상 100%에 가깝기 때문에 소량의 금속만으로도 상용 촉매만큼의 성능이 나왔다.

단원자 촉매 합성 모식도

KETI는 단원자 촉매로 인해 고가 금속 사용량을 대폭 절감한 만큼 수전해 촉매 제작을 위한 가격 경쟁력이 향상될 것으로 기대했다.

KETI 미래전략기술 분야 기본연구사업과 한국연구재단 국가핵심소재연구단(나노 및 소개기술개발사업)을 통해 추진된 이번 연구 결과는 화학공학 분야 세계적인 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF=16.744)’ 최신호(468호)에 ‘수소 발생 반응을 위한 다공성의 니켈 단원자 촉매 개발’의 제목으로 게재됐다.

박노창 KETI 신재생에너지연구센터장은 “단원자 촉매는 금속 사용량을 획기적으로 절감할 수 있다는 점에서 진정한 의미의 그린수소 실현에 기여할 수 있다”며 “센터는 앞으로 단원자 촉매 기술 상용화를 추진해 친환경 에너지 확산을 위한 미래 기반을 마련하겠다”고 밝혔다.