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[아시아경제 황준호 기자] 회색 수소를 그린 수소로 바꿀 수 있는 기술이 개발됐다. 기존 수소 생산 비용 대비 20분의 1 수준으로, 6배 높은 수소 생산성과 4배 긴 지속성을 가진 생산법이다. 수소가 친환경 미래 연료로 정착하는데 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

이효영 기초과학연구원 나노구조물리 연구단 부연구단장의 연구팀은 친환경적으로 수소를 생산할 수 있는 물분해 촉매를 개발해, 관련 연구 논문이 국제학술지인 에너지 & 환경 과학 (Energy & Environmental science, IF 30.287)에 실렸다고 24일 밝혔다.

물을 전기 분해해 수소를 얻는 과정

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수소 연료는 화석 연료를 대체할 친환경 미래 연료로 각광받고 있다. 하지만 실제로는 석유 정제 과정에서 생산해 이산화탄소를 발생시킨다. 이에 따라 수소 연료는 일명 '회색 수소'로 불려지고 있다.

물을 전기 분해해 수소를 얻는 전기 분해법은 유일하게 이산화탄소를 발생시키지 않는 생산법이지만 산소 발생 반응이 느려 생산성이 낮다는 단점이 있다. 생산 속도를 높이기 위해 루테늄 산화물(RuO2)과 이리듐 산화물(IrO2)을 활용할 수 있지만 가격이 1kg 당 7만 달러가 넘어 경제성이 떨어진다. 24시간 이상 수소를 생산하기도 어렵다.

연구팀은 저렴한 전이 금속인 코발트, 철, 극소량의 루테늄 위에 산소 원자를 부착해 물 전기분해 촉매로 개발했다. 전기 분해 반응 속도를 끌어올리기 위해 촉매 표면에 산소를 부착해야 하는데, 이를 위해 코발트-철 합금을 활용했다. 이어 소량의 루테늄을 더해 산소 반응 속도를 더욱 높였다.

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연구팀은 기존 촉매 대비 20분의 1 비용으로 6배 많은 수소를 생산할 수 있었고, 최소 100시간 이상 반응이 지속되는 결과를 얻었다고 밝혔다. 특히 기존 산화 루테늄 촉매를 활용한 전기 분해보다 훨씬 낮은 전압에서 산소 반응이 일어났다고 강조했다.

통상 산소 발생속도가 빠를수록 전류밀도가 증가한다. 기존 산화 루테늄(RuO2) 촉매는 제곱센티미터 당 10 밀리암페어(mA/cm2)의 전류 밀도를 얻기 위해 298 밀리볼트(mV)을 필요로 한다. 그러나 연구진이 개발한 전기촉매는 180 밀리볼트의 전류 밀도만으로 비슷한 효과를 얻었다.

이효영 부연구단장은 “물 분해를 통한 친환경 수소를 석유·석탄 부생 수소보다 싼 가격으로 만드는 일은 오랫동안 한계에 직면해 있었다.”며, “저렴한 고효율 산소 발생 촉매를 개발함으로써 탈탄소화 친환경 수소경제에 한 걸음 다가설 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.