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수소 생산 위한 획기적 저비용 고효율 촉매개발
홍보실 | 2020-01-10 | 조회 2378
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우리대학(김동원 총장) 대학원 BIN융합공학과 자야라만 발라무르건 박사와 응웬 탄 투안팀(지도교수 이중희)이 최근 전 세계적으로 많은 관심을 받고 있는 수소를 저렴하면서도 매우 고효율로 생산할 수 있는 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.
과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 해외우수신진연구자유치사업 (KRF) 지원을 받아 수행된 본 연구의 결과는 에너지 분야 세계 최고 학술지인 '나노 에너지 (Nano Energy)'(IF=15.548)의 최신호에 게재됐다.
수소사회를 실현하는데 가장 어려운 문제는 수소를 값싸게 생산하는 것이다.
기존의 수소 생산은 원유정제 과정에서 부가적으로 생성되는 부생수소가스를 주로 이용하거나 천연가스 등을 고온에서 개질해 수소를 생산하고 있는데 이는 수소생산양이 매우 제한적이거나 화석연료를 이용해 생산하기 때문에 완전한 이산화탄소 발생하지 않는 청정 기술이라 보기는 어렵다.
이로 인해 모름지기 청정 수소를 이용하는 방법은 물을 전기 분해해서 수소를 생산해 사용하는 것이다.
그러나 물을 전기 분해해서 수소를 생산할 때 고가의 장비 및 전기료로 인해 비교적 수소 제조 단가가 비싸다는 단점을 가진다.
수소제조 단가를 낮추기 위해서는 귀금속의 백금 촉매의 사용을 줄이거나 값싼 촉매를 활용해야 하며 본 연구는 고효율이면서 내구성이 우수한 저렴한 촉매 개발을 위해 연구가 진행됐다.
본 연구팀은 저렴하면서도 손쉽게 제조가 가능한 방법을 통해 높은 전기전도도 및 촉매 활성도가 매우 높은 수많은 나노 다공성 구조체로 연결된 계층적 3차원의 산소와 인이 도핑된 니켈 망간 (NiMnOP) 나노 판재 형태의 물 분해 촉매를 개발했다.
비교적 단순하면서 저렴한 수열 방법을 통해 카본 천위에 NiMn 층상 이중 수산화물 (LDH) 전구체를 만들고, 그 위에 산소와 인을 도핑해 니켈 망간 옥시 포스 파이드 (NiMnOP)를 제조했다.
이러한 촉매는 표면적을 극대화하고 촉매 활성도를 매우 높일 수 있는 나노 판재 형태로 촉매가 개발됐다.
개발된 촉매를 활용해 만들어진 NiMnOP||NiMnOP 전극으로 만들어진 물 분해 장치는 현재 사용되는 상업용 장치인 Pt-C||RuO2 (~1.53 V @10 mA cm-2)에 비해 낮은 1.51 V (@ 10 mA cm-2)의 셀 전압을 보였으며 내구성 측면에서도 기존 상용화된 제품에 비해 매우 우수한 내구성을 보여 저렴하면서 고효율의 수소제조를 할 수 있어 상용화가 가능할 것으로 판단된다.
이러한 수소생산의 핵심기술을 개발함으로써 우리나라의 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것으로 보이며 연구 결과가 세계적인 학술지에 게재된 것은 전라북도와 전북대학교가 이 분야에서 세계적으로 선도적인 연구를 수행하고 있음을 다시 한 번 입증한 것이다.
본 연구는 BIN융합공학과의 자야라만 발라무르건박사와 응웬 탄 투안 (박사과정)학생의 협업연구로 이루어 냈으며 지난해 9월의 나노 에너지 (Nano Energy)에 논문 게재 이후 3달만의 또 하나의 우수한 연구 성과다.
한편 이번 연구 지도교수 이중희 교수는 현대자동차에서 판매되는 넥소(NEXO) 수소연료전지자동차의 수소탱크를 개발해 상용화시킨 장본인이다.
많은 난 기술에 대한 원천 기술뿐만 아니라 상용화 연구를 성공해 산업체에 기술이전 하는 등 상용화 경험이 풍부해 이번 개발 촉매도 상용화에 매우 높은 자신감을 보였다.
이 교수는 “이번 연구 결과로 미래 수소경제사회를 위해 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 보다 저렴하면서 효율적으로 수소를 생산을 할 수 있는 원천기술을 마련했다”라고 밝히면서 조속한 시일 내에 상용화를 위해 노력하면 실재 산업에 적용 가능할 것으로 내다봤다.