이승현 한양대 ERICA캠퍼스 교수(화학분자공학과) 연구팀이 수전해 기술에 활용할 수 있는 고효율·저비용 촉매를 개발했다. 18일 한양대에 따르면, 이 촉매는 그린수소 생산에 활용된다.  

미래의 대체 연료로 기대되는 그린수소는 친환경적이며 탄소 배출이 없는 청정에너지다. 그린수소는 ‘수전해 기술’을 통해 물을 전기 분해해 추출할 수 있다. 하지만 수전해 과정에 쓰이는 촉매인 루테늄과 백금은 매장량이 적고 매우 비싸 대규모 그린수소 생산에는 한계가 있다. 

연구팀은 상업용 백금보다 비교적 가격이 저렴한 비백금계 원소만을 사용해 붕소가 도핑된 코발트 산화물-코발트(B-CoO/Co)를 합성했다. 그리고 코발트의 산화상태를 조절하는 방법을 통해 3차원 니켈 기판 형태의 수전해 촉매를 개발했다. 

아울러, 연구팀은 이번에 개발된 코발트 촉매가 다른 수전해 촉매들에 비해 약 0.1V 낮은 1.62V의 전극전위를 나타낸다는 것을 확인했다. 이로써 수전해 과정에서 소비되는 전력을 줄이고 수전해 효율을 높일 수 있다. 

이승현 교수 연구팀은 “수전해 기술에서 사용되는 고가의 루테늄과 백금 기반 촉매를 대체할 수 있는 새로운 촉매 합성 방법과 효율적인 촉매 개발에 대한 중요한 진전을 마련했다”라며 “이번 연구는 새로운 촉매 디자인 및 합성에 대한 효과적인 접근을 제시해 친환경 에너지 분야에 새로운 가능성을 연 것”이라고 전망했다. 

한양대 응용화학과 차든찬 박사과정 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 『스몰』 8월호의 후면 표지논문으로 선정됐다.

지난해 전 세계 수소 시장의 가치는 1천550억 달러(약 208조 원)로 올해부터 2030년까지 평균 9.3% 성장할 것으로 예상된다. 이 중 그린수소는 2.7%인 42억 달러(약 5조6천246억 원)을 차지한다. 그린수소는 생산 비용이 높기 때문에 시장 가지 점유율에 비해 생산된 수소의 비중이 작아진다. 

2020년에 생산된 수소의 대부분은 화석 연료에서 파상됐다. 99%는 탄소 기반이었다. 전기분해에 의한 생산은 전체 생산량의 0.1% 미만을 차지했다. 그중 일부만이 재상 가능한 전기로 전력을 공급받는다. 현재 높은 생산 단가가 그린수소 사용을 제한하는 주요 요인이다. 

2020년 중국은 2천만 톤(전 세계 생산량의 3분의 1)의 생산량으로 세계 수소 시장의 선두주자였다. 2021년부터 현재 여러 회사가 연합해 연료 생산량을 향후 6년간 50배를 느릴 계획이다. 같은 해 기준으로 그린수소 투자 파이프라인은 계획과 개발 단계에서 136개 프로젝트에 걸쳐 121기가 와트의 전해조(전기분해를 하는 장치) 용량으로 추산됐다. 총 5천억 달러(약 670조 원)가 넘는 규모다. 모든 프로젝트가 구축되면, 2030년까지 수소 생산량의 10%를 차지할 전망이다.

김재호 기자 kimyital@kyosu.net

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