전북대학교 연구진, 비귀금속기반 고효율 수전해 촉매 개발...

▲사진*코발트-이황화텅스텐 니켈 텔루라이드 2D 2D 하이브리드 촉매

[전주시 소비자저널=최훈 기자] 전북대학교 나노융합공학과 다슈람 파델 대학원생(박사과정·지도교수 이중희·김남훈)이 차세대 에너지원으로 세계적 주목을 받고 있는 ‘그린수소’를 저비용으로 대량 생산할 수 있는 비귀금속 기반 고효율 수전해 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부의 지역혁신선도연구센터사업(RLRC)과 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐다. 

연구 성과는 에너지 연구 분야 세계 최고 수준의 학술지인 『나노에너지(Nano Energy)』(IF=19.069, JCR 5.07%) 최신호에 게재됐다.

최근 기후변화 대응을 위한 청정에너지 기반 인프라 구축 및 정책 전환의 중요성이 높아지고 있는 가운데, 환경오염을 야기하지 않는 그린수소 생산 기술은 수소경제사회로의 에너지 패러다임 전환을 위한 핵심기술로 큰 주목을 받고 있다.

이러한 그린수소의 생산은 물을 전기분해 하는 방법이 가장 효과적인데, 문제는 수전해 반응 효율이 높은 촉매들이 백금이나 산화이리듐, 류테늄산화물과 같은 값비싼 귀금속이라는 점이다. 

이로 인해 수전해 설비 제작 단가가 비싸고 내구성까지 떨어져 산업적으로 널리 활용되는 데 주요 문제점으로 지적되고 있다.

전북대 연구진의 이번 연구성과는 이러한 한계점을 크게 보완한 것이다. 기존 귀금속계 촉매를 대체한 고효율, 고내구성의 비귀금속기반 촉매 합성 기술을 제공하여 저비용으로 그린수소를 대량 생산할 수 있는 혁신적 기반을 마련한 것. 
 
연구진은 초박형 나노채널을 형성한 코발트-이황화텅스텐과 니켈 텔루라이드로 구성된 고다공성의 바인더가 필요 없는 금속 디칼코게나이드 기반의 고효율 고내구성의 이종구조 다차원 수전해 촉매를 개발했다.

개발된 촉매(1T Co-WS2/NiTe2/Ni (+,-))를 적용한 알카라인 수전해조 셀은 매우 우수한 수소생산 성능 및 내구성을 보였다고 연구진은 밝혔다. 

기존 알칼라인수 전해조에 널리 사용되고 있는 상업용 촉매인 루테늄-백금(RuO2//Pt-C(+,-), ~1.548 V @10 mA cm-2 ) 촉매 보다 우수한 ~1.521 V @ 10 mA cm-2의 셀전압을 구현할 뿐만 아니라 내구성 측면에서도 기존 제품보다 매우 뛰어난 안정성을 보여 차세대 수전해 시장의 트렌드를 이끌 수 있을 것으로 기대된다.

그린수소 관련 연구 분야 석학으로 손꼽히고 있는 이중희 교수는 대한민국 수소경제의 컨트롤타워 역할을 하고 있는 ‘수소경제위원회’의 위원으로 활동하고 있으며, 다년간 축적된 원천기술과 기술이전 및 상용화 경험을 바탕으로 개발된 수전해 촉매의 상용화에도 매우 높은 자신감을 보이고 있다.

핵심 연구원들로 시작한 대학 실험실 벤처 기업인‘아헤스 (AHES) (Advanced Hydrogen Energy Solution)’에서 실제 수전해 장치에 적용하여 고효율 수전해 장치 제작 및 상용화 기술 개발을 위한 연구를 수행하여 저가의 그린수소 대량 생산을 위한 기술적 기반을 구축할 계획이다.

이중희 교수는 “수소를 친환경적이면서 저렴하게, 대량으로 생산할 수 있는 수전해 핵심 촉매기술을 개발함으로써 새만금 지역의 그린수소 산업과 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

이어 “전북대가 이 분야에 선도적 연구를 수행하고 있는 만큼, 빨리 상용화가 될 수 있도록 연구진들과 배전의 노력을 다하겠다”고 덧붙였다.