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물 전기분해 수소 생산 고효율·저비용 촉매 개발...백금 대체 기대
물 전기분해 수소 생산 고효율·저비용 촉매 개발...백금 대체 기대
  • 바른경제
  • 승인 2021.10.19 11:07
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김광주 인턴 기자 = 신재생 에너지로 주목 받는 수소에너지, 생산할 때 공해가 발생하지 않고 단위 무게 당 가장 많은 에너지를 얻을 수 있어서 더욱 각광받고 있다. 특히 물을 분해하여 수소를 생산하는 ‘물 전기분해’ 방식은 수소를 대량 생산할 수 있다.

다만 이 방식의 유일하지만 치명적인 단점은 바로 촉매의 소재가 '백금'이라는 것이다. 당연히 생산 단가가 비싸지고 수소에너지 상용화에 지장이 될 수밖에 없다. 그런데 최근 이 백금 소재를 대체할 촉매를 개발했다는 연구가 나와 눈길을 끈다.

고려대학교는 19일 과학기술대 신소재화학과 박정희 교수 연구팀이 전주대 강홍석 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 물 전기분해 수소 생성 촉매인 전이금속 기반 나노 촉매를 이용해 수소에너지를 고효율, 저비용으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

물 전기분해 수소 생산기술의 핵심은 수소 발생 반응인데, 백금을 대신할만한 소재로는 전이금속 디칼코게나이드 합금인 몰디브덴과 텅스텐으로 구성된 소재가 대표적이다. 하지만 이 둘은 잘 섞이지 않아 그간 연구가 활발히 이루어지지 않았다. 그런데 고려대 연구팀은 몰디브덴과 바나듐의 합금으로 전이금속 디칼코게나이드를 개발해 물 전기분해에 뛰어난 활성을 갖는 촉매를 개발한 것이다.

특히 몰디브덴과 바나듐의 조성비가 핵심인데, 조성비 변화에 따른 촉매 활성도를 확인하고 단일 금속으로 있을 때 보다 훨씬 뛰어난 활성을 보인다는 것을 확인했다고 연구팀은 전했다. 또 슈퍼 컴퓨터를 활용해 안정된 합금 결정(結晶)구조와 물 전기분해 촉매 활성의 메커니즘을 양자역학적 계산으로 설명했다.

따라서 이번 연구를 통해 촉매뿐만 아니라 여러 소재 개발에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 두 종류 이상의 금속 성분을 한 번에 혼합하는 합금 제조 방법을 과학적인 방법으로 증명했기 때문이다. 나아가 양자역학적 계산을 통해 합금 신소재에 대한 물리적, 화학적 성질을 예측하는 방법을 제시했다는 평가다.

연구책임자인 박정희 고려대 교수는 "이번 연구 결과는 일반인들의 수소에너지에 필요성 및 재생에너지의 필요성을 인식시킬 수 있게 할 뿐 아니라, 초중고 학생들의 지구 환경 보존 및 신재생 에너지 교육에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 연구의 의의를 밝혔다.
◎공감언론 뉴시스 kj961009@newsis.com

 

[서울=뉴시스]