수소생산효율 13%↑ ‘코발트 촉매’…고가 귀금속 촉매 완벽대체

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 이재영 교수 연구팀은 포항공과대학교 조강우 교수팀과 함께 수전해 기술의 효율을 높일 수 있는 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다.

지구온난화 주범인 이산화탄소의 배출량을 감축하기 위해 석유·석탄의 대체 에너지원으로 수소를 사용하는 기술이 주목받고 있다. 하지만 현재 수소 생산의 97% 이상은 석탄 등 화석연료의 열화학적 개질을 통해 생산되어 여전히 화석연료에 대한 의존성이 높다.

연구팀은 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고, 표면적이 넓은 따개비 구조와 활성점으로의 변환이 쉬운 티타니아(TiO2) 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속기반 촉매를 개발했다. 반응 중 확장되는 활성점과 개선된 반응물과의 흡착능으로 인해 개발된 촉매는 수전해의 효율 결정 반응인 산소발생반응에서 뛰어난 활성을 보였다.

연구팀은 실시간 방사광가속기 기반 X-선 분석을 통해 개발된 촉매에서 산소발생반응 중 비가역적 산화반응으로 촉매 내 활성점 밀도가 증가되는 현상을 관찰했다.

그 결과 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상돼 전력량 대비 수소생산량을 증대시킨 것으로 나타났다.

이재영 교수 “삼층 따개비 모양의 새로운 촉매구조를 제안하고 반응기작을 규명함으로써 고효율 산소발생반응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다”면서 “이는 저에너지‧친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 전기화학 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 1월 4일자 온라인에 게재됐다.