값비싼 이리듐 적게 쓰고 수소 저렴하게 만든다...고효율 촉매 개발

KIST 연구진 ‘고효율 수전해 촉매’ 개발해
비싼 이리듐 20분의 1로 줄이고 성능은 향상

최근 전 세계적으로 수요에 대한 수요가 높아진 가운데, 국내 연구진이 수소 생산에 필요한 고효율 수전해 촉매를 개발했다. 촉매에 사용되는 고가의 이리듐을 기존보다 20분의 1 수준으로 줄여 생산 단가를 낮출 수 있을 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST)은 김명근 수소·연료전지연구단 박사, 유성종 박사 연구팀이 고내구성 탄소 지지체를 도입해 이리듐 사용량을 상용 촉매 20분의 1 수준으로 줄인 고효율 수전해 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다.

이리듐 촉매는 수전해 반응에서 가장 우수한 성능과 내구성을 보이나, 가격이 높고 남아프리카 등 특정 지역에서만 채굴돼 공급 불안정성 문제가 있었다. 또 이리듐을 전기전도성이 높은 촉매 지지체와 함께 쓰면 이리듐 양을 줄일 수 있지만, 지지체가 부식 등에 취약하다는 문제가 있었다.

연구팀은 이리듐의 사용량을 줄이기 위해 물과 잘 반응하지 않는 고내구성 탄소 지지체를 도입했다. 기존 탄소 지지체가 수전해 반응 과정에서 쉽게 산화됐던 것과 비교해 부식 반응이 줄어든 것을 확인했다. 또 지지체에 셀레늄을 도입해 이리듐의 반응 중 변화를 억제함으로써 이리듐이 외부로 용출되는 것도 막았다.

이렇게 개발된 촉매는 이리듐 사용량을 종전의 20분의 1 수준인 ㎠당 0.05㎎으로 줄이면서도 기존 상용 촉매보다 전류밀도는 30% 늘어나는 등 성능이 향상된 것으로 나타났다.

이번 연구 성과는 이리듐 사용량을 크게 줄이면서도 성능과 내구성을 동시에 유지하는 촉매를 구현해 수소 설비 대형화 과정에서 발생하는 고비용 문제를 해결하고 수소 생산 단가를 낮출 것으로 기대된다. 연구팀은 저이리듐 수전해 기술의 상용화를 위해 다양한 지지체 소재와 촉매 구조를 개발하고 수소 생산 효율을 높이기 위한 연구를 수행할 계획이다.

김명근 박사는 "저이리듐 촉매 구현을 위한 지지체 개발 및 촉매 성능 확보를 위한 전략을 함께 제시했다"며 "대규모 촉매 합성 기술을 접목해 그린수소 생산 단가를 낮추고 수소 사회로의 전환에 기여할 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 지난 6월 국제학술지 ‘미국화학회 에너지 레터스’에 표지논문으로 게재됐다.

구혁 기자