전북대 이중희 교수팀, 값싸고 초고효율 수소 생산 촉매 개발

전북대학교 이중희·김남훈 교수팀(대학원 BIN융합공학과)이 최근 수소를 저렴하면서도 손쉽게 생산할 수 있는 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.
과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 교육부의 BK-21 플러스사업 지원을 받아 수행된 이 연구는 에너지 분야 세계 최고 학술지인 '나노 에너지 (Nano Energy)'(IF=13.120)의 최신호에 게재됐다.
수소경제사회의 가장 큰 문제는 수소 생산인데, 기존의 수소는 원유를 정유하면서 발생하는 부생가스를 주로 이용하거나, 천연가스 등에서 개질해 사용했다. 이는 사용할 수 있는 양이 매우 제한적이거나 완전한 이산화탄소 프리라고 하기는 어렵다. 결국 완전한 수소 생산은 물을 전기 분해해서 수소와 산소를 생산하는 것인데, 이는 경비가 많이 든다는 단점을 지닌다. 경비가 비싼 이유 중 하나는 비싼 전기료와 아울러 수전해에 사용되는 촉매로 매우 비싼 백금이 사용되기 때문이다.
이같은 수소 생산의 단점을 극복하기 위해 이중희·김남훈 교수팀은 비교적 값이 저렴한 구리의 3차원 폼을 이용해 그 위에 3차원의 산화구리 나노와이어를 만들고, 그 위에 다시 아주 작은 나노점 형태의 백금을 합성하여 표면적을 극대화하고 촉매 활성도를 매우 높일 수 있는 촉매를 개발했다.
이러한 촉매를 이용했을 때 기존에 널리 사용되고 있는 ‘백금-탄소’에 비해 수소 생산에는 3.1배, 산소 생산에서는 6.4배라는 매우 놀라운 성능을 보였다고 연구진은 밝혔다.
또한 내구성 측면에서도 기존 상용화된 제품에 비해 매우 뛰어나 상용화가 매우 용이할 것으로 보인다. 가격 면에서도 기존의 촉매의 경우에는 무게비율로 약 10%를 도포해 시용했으나, 개발된 촉매의 경우에는 무게비로 약 0.48%의 백금으로도 충분히 성능을 발휘할 수 있어 아주 저렴한 경비로 촉매 제조가 가능케 됐다.
이번 성과는 BIN융합공학과의 연구교수로 재직하고 있는 트란 듀이 탄 박사와 레휴 뚜안, 루 루안 도안 박사과정 학생들의 협업 연구로 이루어 냈으며, 불이 꺼지지 않는 연구 환경으로 많은 우수한 세계적인 결과들이 쏟아질 것으로 기대된다.
이중희 교수는 “이번 연구 결과로 미래 수소경제사회에서 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 수소생산을 보다 저렴하면서 효율적으로 할 수 있는 기반기술을 마련했다”며 “수전해를 통한 수소생산의 핵심기술 개발은 앞으로 우리나라의 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
/장은성 기자