UNIST 에너지 및 화학공학부마흐무드(왼쪽) 연구교수, 백종범(가운데) 교수, 권도형 연구원.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 차세대 친환경에너지 수소를 값싸게 생산할 수 있는 촉매 개발이 활발한 가운데 국내 연구진이 고성능 촉매를 만들고 실제 성능까지 평가할 수 있는 연구결과를 얻었다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀은 ‘루테늄’과 ‘다중벽 탄소나노튜브’를 결합한 ‘물 분해용 수소 촉매’를 개발했다고 18일 밝혔다. 연구진은 이 촉매가 실제로 작동할 시스템을 간략하게 만들어 성능 평가도 진행했다. 그 결과 상용화된 백금 촉매보다 여러 면에서 우수한 것으로 드러났다. 새 촉매는 합성법이 간단해 대량생산에도 적합해 실용화에 성큼 다가섰다는 평가를 받는다.

수소는 우주 질량의 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소로 친환경 미래자원으로 주목받는다. 하지만 현재 수소 생산은 대부분 천연가스 등의 화석 연료를 원료로 삼아 생산과정에서 오염물질이 배출된다. 물을 전기로 분해해 수소와 산소를 얻는 방법이 대안으로 제시되지만 백금처럼 값비싼 촉매가 필요하다.

연구팀은 백금 촉매를 대체할 성능이 우수하고 저렴한 수소 촉매를 꾸준히 개발해왔다. 이번에 개발한 촉매는 기존에 발표한 금속 유기체 촉매보다 우수한 전기화학적 특성을 보였다.

새 촉매는 단일한 벽을 가진 탄소나노튜브가 서로 중첩된 형태에 작은 루테늄 입자가 고르게 분포된 구조다.

연구팀은 새로운 촉매의 성능 평가를 위해 기존 과전압 측정 외에 ‘물 분해 시스템’의 전극으로 만들어 평가하는 방법도 진행했다. 이 촉매를 전극으로 사용했을 때 수소 발생량을 실제로 측정해본 것이다. 그 결과 같은 조건에서 상용화된 백금 촉매보다 15.6% 많은 수소를 생산했다. 또 촉매 효율을 나타내는 지표 중 하나인 패러데이 효율도 92.2%로 백금 촉매(85.9%)보다 높았다.

백종범 교수는 “수소 촉매 연구는 주로 촉매 자체의 평가에 집중돼 있어 실제 물 분해 시스템에서 평가하기 위한 연구는 미흡했다”며 “이번 연구는 촉매 자체의 우수성뿐 아니라 실제 적용했을 때 성능까지 짐작해볼 수 있다는 점에서 의미가 크다”고 전했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 9일자에 게재됐다.

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