• - 비귀금속 음이온 교환막 해수 수전해기술 최초 개발

이번 연구결과가 게재된 국제학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A' 3월 3일자 표지.[한국재료연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 지구에서 가장 풍부한 자원인 해수를 활용해 수소를 생산, 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있는 ‘음이온 교환막 해수 수전해 기술’을 국내 최초로 개발에 성공했다.

한국재료연구원은 에너지전자재료연구실 최승목‧이지훈 박사 연구팀이 해수 수전해의 핵심인 ‘고선택적 산소발생반응 제어기술’과 ‘염소발생반응 억제기술’을 개발해 바닷물을 전기분해해 고순도 수소를 생산했다고 15일 밝혔다.

그린수소 생산에 적합한 수전해 기술 중 ‘음이온 교환막 수전해’는 저렴한 비귀금속 촉매를 이용해 고순도의 수소를 저가로 안전하게 생산하는 기술이다. 하지만 수소 생산을 위해서는 반드시 정제수를 사용해야하기 때문에 수소 생산단가 증가를 야기했다.

연구팀은 니켈(Ni)이 도핑된 고선택성 2차원 나노시트 형상의 수산화철(FeOOH) 촉매를 전극 표면에 바로 형성시켜 촉매 일체형 전극을 개발했다. 이를 통해 산소발생반응 과전압과 물질전달저항을 감소시켰고, 이 전극을 음이온 교환막 수전해에 적용 및 최적화시켜 염소발생반응을 억제함으로써 높은 수소 발생 효율을 확보했다.

일반적으로 바닷물을 직접 수전해해 수소를 생산하면 환원전극에서는 수소를 얻을 수 있지만 반대편의 산화전극에서는 바닷물에 포함된 염화이온이 산화돼 염소가 발생되는 ‘염소발생반응’과 물이 산화돼 산소가 발생되는 ‘산소발생반응’이 경쟁적으로 일어나게 된다. 이때 염소발생반응에 의해 전극 표면은 국부적으로 산성 분위기가 되는데 이 때문에 산성에서 안정한 값비싼 귀금속 소재를 반드시 전극 촉매 물질로 사용해야만 하는 단점이 존재한다.

하지만 연구팀은 바닷물의 페하를 제어해 염소발생반응을 억제하고 개발된 고활성 촉매를 적용해 과전압으 줄여 산소발생반응이 주도적으로 일어나도록 했다.

음이온 교환막 해수 수전해 기술 개요.[한국재료연구원 제공]

최승목 박사는 “비귀금속기반 음이온 교환막 해수 수전해 기술을 통해 바닷물로 고순도 수소를 저렴하게 생산할 수 있는 길을 열었다”며 “특히 해상풍력과 연계해 그린수소를 생산하면 해상에서 수소를 수소선박에 바로 충전할 수 있는 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회가 발행하는 국제학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A’ 3월 3일자 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com