국내연구팀, 그린수소 상용화 이끌 기술 잇따라 선봬

그린수소 효율성 높인 철 기반 촉매에 이어 생산 비용 낮출 수 있는 백금 촉매 개발

포스텍 박태호 교수

한국재료연구원 최승목 박사

생산과정에서 탄소배출이 전혀 없는 미래형 청정 에너지 '그린수소'에 대한 국내 연구진들의 성과가 잇따르고 있다.

최근 포스텍(포항공대)과 서울대 공동연구팀이 기존보다 두 배 이상 효율적으로 그린 수소를 만들 수 있는 철 기반 촉매를 개발한 데 이어 이번에는 생산비용을 대폭 낮출 수 있는 핵심소재를 완성했다.

포스텍 박태호 교수 연구팀은 한국재료연구원 에너지·환경재료연구본부 최승목 박사 연구팀과 함께 그린수소를 생산하는 과정에서 백금을 대처할 수 있는 촉매를 개발하고 이를 에너지 분야 학술지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼스' 온라인판에 소개했다.

그린수소는 탄소중립 실현에 있어 매우 중요한 에너지원이지만 막대한 비용과 기술적 어려움 때문에 개발에 좀체 속도를 내지 못하고 있다.

태양광이나 풍력으로 만든 전기로 물을 분해해 얻는 '그린수소'는 효율적인 생산을 위해 반드시 필요한 것이 고가의 백금 촉매다.

연구팀은 이 같은 비용적 부담을 덜어내기 위해 '음이온 교환막 수전해 장치(AEM)' 기술을 주목했다. 이 기술은 물 분해 과정에서 이온이 움직일 수 있도록 도와주는 특수한 막을 사용하는데, 이 막의 성능이 좋다면 백금 대신 훨씬 저렴한 촉매를 쓸 수 있다는 강점이 있다.

하지만 지금까지 개발된 기술은 고온이나 고전류 같은 실제 산업 환경에서 내구성을 제대로 발휘하지 못해 상용화가 불가능했다.

이에 연구팀은 고분자 구조 사이에 '틈새 알킬 사슬'이라는 특수 분자를 추가해 기존 기술의 한계점을 극복했다.

연구팀이 만든 AEM은 마치 꽉 막힌 도로에 지하차도를 뚫어 교통을 원활하게 하듯, 이온의 이동을 획기적으로 개선했다.

그 결과 AEM은 고온(80℃)에서도 뛰어난 이온 전도성을 보였고, 강한 알칼리 환경에서도 2천 시간 이상 안정적으로 작동했다.

여기에 더해 실제 수소 생산 장치에 적용했을 때도 70℃에서 100일 넘게 연속 작동하며 매우 높은 내구성을 보였다.

박태호 교수는 "이번 연구는 기존 AEM 기술 가운데 최고 수준으로, 수소 생산기술의 '비용 장벽'을 허문 의미 있는 성과로 볼 수 있다"며 "고온과 고전류 환경에서 AEM 수전해 기술의 약점을 극복함으로써 앞으로 산업 현장에서의 적용이 더욱 빨라질 것으로 기대된다"고 했다.