성냥개비 탑 형상의 3차원 수소 촉매 및 성능 모식도.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 수소 생산 비용을 낮추고 효율은 획기적으로 증대시킬 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 김진영 박사 공동 연구팀이 수소 생산에 사용되는 기존 촉매보다 20배 이상 효율을 높인 3차원 나노촉매 소재 기술개발에 성공했다고 8일 밝혔다.

수소 경제는 화석연료 중심의 현재 에너지 공급 체계에서 벗어나 수소를 주 에너지원으로 사용하는 미래형 산업 구조다. 수소 경제 현실화를 위해서는 수소를 저렴하게 생산해야만 한다. 이중에서 ‘고분자 전해질막 수전해’ 기술은 태양전지 또는 잉여 전기에너지를 이용해 물을 전기분해함으로써 친환경적으로 순도가 높은 수소를 생산하는 차세대 유망 기술로 꼽힌다.

연구팀은 3차원 프린팅과 유사한 원리인 초미세 전사프린팅 적층 기술을 활용해 ‘성냥개비 탑’ 형상의 3차원 이리듐 촉매 구조를 인쇄 방식으로 제작하는 기술을 개발했다. 무작위적 형상과 배열을 가지는 기존 상용 이리듐 나노입자 촉매와 달리 3차원 촉매는 규칙적 구조를 지니고 있기 때문에 촉매 표면에서 생성된 가스 버블이 효율적으로 배출된다.

성냥개비 탑 형상의 3차원 촉매를 사용하게 되면 훨씬 더 적은 양의 이리듐을 사용하고도 전기분해 장치의 성능을 더 높게 구현할 수 있다. 이리듐 질량 당 촉매 효율로 환산하면 20배 이상의 높은 효율을 보일 정도의 획기적인 기술로 평가된다.

정연식 교수는 “3차원 적층 프린팅 방식의 촉매 생산기술은 복잡한 화학적 합성에 주로 의존하던 기존 기술의 패러다임을 뒤집은 것”이라며 “향후 이산화탄소 전환, 배기가스 감축 등 다양한 분야에 상업적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 강조했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 10월 1일자 온라인판에 게재됐다.

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