포스텍·서울대 공동 연구팀, 수소 대량 생산 가능한 신물질 개발…세계 최고 수준의 효율

컴퓨터 계산으로 탄생…탄소배출 없는 미래 에너지 시대 '성큼'

포스텍 진현규 교수

포스텍 이동규 박사

서울대 정인호 교수

서울대 남준현 박사

국내 연구진이 수소를 대량 생산할 수 있는 세계 최고 수준의 효율을 가진 물질 개발에 성공했다.

포스텍(포항공대) 기계공학과 진현규 교수·이동규 박사 연구팀과 서울대 재료공학부 정인호 교수·남준현 박사 연구팀은 지구상에 풍부한 열에너지만으로 깨끗한 수소를 대량 생산할 수 있는 새로운 물질 개발에 성공했다.

이 물질은 기존보다 훨씬 빠른 컴퓨터 계산으로 발견했으며 세계 최고 수준의 효율을 갖고 있다는 점에서 탄소 배출 없는 미래 에너지 시대를 여는 기폭제가 될 전망이다.

연구는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스' 온라인판에 최근 게재됐다.

많은 국내외 연구진들은 지구온난화로 인한 기후 위기 극복을 위해 탄소배출 저감 방안 찾기에 나선 결과 태울 때 물만 나오는 '수소'에 주목하고 있다. 특히 생산 과정에서도 탄소배출이 전혀 없는 '그린수소'는 기술개발 경쟁에 있어 핵심으로 꼽힌다.

연구팀은 특정 산화물 물질이 열을 받으면 산소를 내보내고, 식으면 물에서 산소를 빼앗아 되돌리는 과정을 반복해 수소를 만드는 '열화학적 수소 생산' 기술에 우선 주목했다.

이 방식의 문제는 어떤 원소를 넣어야 효율을 높일 수 있는지, 또 최적의 비율과 반응 온도는 얼마인지를 찾는데 시간과 비용이 많이 소요된다는 것이다.

이에 연구팀은 열역학 원리를 바탕으로 한 대용량 데이터베이스와 고속 계산 기술을 결합해 '고속 대량 스크리닝' 방법을 고안해 냈다. 이 방법을 통하면 1천가지 이상의 서로 다른 조건을 단 하루 만에 분석할 수 있다. 기존 방식보다 무려 7천배 이상 빨라진 속도다.

이렇게 컴퓨터로 걸러낸 물질들을 실제 실험실에서 성능을 확인한 결과, 연구팀은 최종적으로 '(MgMnCo)0.65Fe0.35Oy'라는 복잡한 이름의 새로운 물질을 찾아냈다.

이 물질은 마그네슘·망간·코발트·철 등 여러 금속을 절묘한 비율로 섞여 만든 복합 산화물로, 열에너지 변환 효율과 원자당 수소 생산량 등 지표에서 세계 최고 수준의 성능을 보였다.

포스텍 진현규 교수는 "수소 생산을 넘어 다른 산업 분야에도 폭넓게 응용할 수 있다는 점에서 이번 연구를 의미있게 본다"며 "새로운 수소 생산 물질을 찾는 시간을 획기적으로 줄인 이 기술은 천연가스에서 수소를 뽑아내는 메탄 개질 공정, 폐배터리에서 귀중한 금속을 회수하는 배터리 재활용 등 다양한 분야에 두루 활용될 것으로 기대된다"고 했다.