이중희·김남훈 교수팀(대학원 나노융합공학과)이 최근 세계적으로 많은 관심을 받고 있는 ‘그린수소’를 저렴하게 대량으로 생산할 수 있는 고효율 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐으며, 전북대 나노융합공학과 우데이 나라얀 판(박사후 연구원), 다슈람 파델(박사과정) 연구원 등의 협업으로 이뤄졌다.

이번 연구 성과는 촉매 분야 세계 최고 학술지인 『어플라이드 캐탈리시스 비(Applied Catalysis B-Environmental)』(IF=19.503, JCR 0.93%) 최신호에 게재됐다.

탄소중립을 위해 대두되는 수소경제사회의 가장 큰 화두는 그린수소 생산이다. 환경오염 없는 그린수소 생산은 물을 전기분해하는 방법이 가장 효과적인데, 이를 위해선 백금과 같은 귀금속 촉매를 사용해 설비 단가가 비싸고 내구성이 떨어지는 문제점을 지닌다.

특히 기존에는 원유를 정제하면서 부가적으로 발생하는 부생수소가스를 주로 이용하거나, 천연가스 등을 고온에서 개질하여 수소를 생산하고 있는데 이는 많은 온실가스를 배출해 온실가스 감축이라는 수소경제사회의 근본 취지와 배치된다.

반면, 그린수소는 온실가스 배출이 전혀 없지만 비싼 촉매로 인해 제조 단가가 비싸다는 문제를 안고 있다. 전북대 연구진의 이번 기술개발로 저렴하면서도 대량으로 그린수소를 생산할 돌파구가 마련된 것이다.

연구진은 니켈 나노클러스트와 망간이 삽입 및 도핑된 바나듐 텔루라이드가 하이브리드 된 다공성 전이 금속 디칼코게나이드 기반의 새로운 그린수소 생산용 저렴한 나노 촉매 제조기술을 개발했다.

실험 결과, 개발된 촉매(NiNCs-1T-Mn-VTe2(+,-))를 활용한 알카라인 전해조 셀은 매우 우수한 성능을 보였으며, 기존에 널리 사용되고 있는 상업용 백금-루테늄 촉매가 ~1.53 V @10 mA cm-2 셀전압을 보인 반면, 개발 촉매는 ~1.51 V (@ 10 mA cm-2)의 셀전압을 보여 귀금속보다도 매우 우수했고, 내구성에서도 기존 제품보다 매우 뛰어난 안정성을 보여 조만간 상용화가 가능할 것으로 연구진은 판단했다.

특히 개발된 촉매는 이중희 교수팀이 만든 대학 실험실 벤처 기업인 ‘아헤스(AHES;Advanced Hydrogen Energy Solution)’에서 실제 수전해 장치에 적용, 고효율 수전해장치 제조에 적용키로 해 큰 성과가 기대된다.

이중희 교수는 “수소를 친환경적이면서 저렴하게, 대량으로 생산할 수 있는 수전해 핵심 촉매기술을 개발함으로써 새만금 지역의 그린수소 산업과 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것으로 기대된다”며 “전북대가 이 분야에 선도적 연구를 수행하고 있는 만큼, 빨리 상용화가 될 수 있도록 연구진들과 배전의 노력을 다하겠다”고 밝혔다.