기존 촉매보다 효율을 20배 높인 수소 생산 촉매가 국내에서 개발됐다.
카이스트(KAIST) 신소재공학과 정연식 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 김진영 박사 공동 연구진은 “차세대 에너지원인 수소 생산에 사용되고 있는 기존의 촉매 대비 20배 이상 효율을 더 높인 3차원 나노촉매 소재 기술개발에 성공했다”고 8일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 1일 발표됐다.
◇성냥개비 탑 모양으로 촉매 제작
수소는 친환경적이면서 높은 효율을 가지고 있다. 그러나 수소를 상용화하기 위해선 얼마나 저렴하게 생산하느냐가 관건이다.
공동연구진은 전기분해 장치의 양극에 사용되는 고가의 이리듐(Ir) 촉매 사용량을 획기적으로 감축할 수 있는 새로운 3차원 촉매소재 기술을 개발했다. 이리듐 촉매는 금 수준으로 매우 고가이다.
연구진은 3차원 프린팅과 유사한 원리인 초미세 전사프린팅 적층 기술을 활용해 ‘성냥개비 탑’ 모양의 3차원 이리듐 촉매 구조를 제작했다. 무작위적 형상과 배열을 가지는 기존 상용 이리듐 나노입자 촉매와 달리 3차원 촉매는 규칙적 구조를 지니고 있기 때문에 촉매 표면에서 생성된 가스가 효율적으로 잘 빠져나온다. 이 때문에 3차원 촉매의 경우 높은 활성도를 유지한다고 연구진은 설명했다.
◇기존보다 효율 20배 높아
성냥개비 탑 모양의 3차원 촉매를 사용하게 되면 훨씬 더 적은 양의 이리듐을 사용하고도 전기분해 장치의 성능을 더 높게 구현할 수 있다. 이리듐 질량당 촉매 효율로 환산하면 20배 이상의 높은 효율을 보였다.
카이스트 정연식 교수는 "연구진이 개발한 촉매 생산기술은 앞으로 이산화탄소 전환, 배기가스 감축 등 다양한 분야에 상업적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다ˮ라고 말했다.