더 싸고 빠르게 수소 생산한다

국내 연구진이 대체 에너지로 주목받는 수소를 지금보다 훨씬 저렴하게 생산할 수 있는 촉매를 개발했다.

서울대 재료공학부 남기태 교수와 진경석ㆍ박지민 연구원 연구팀은 같은 대학 한승우 교수, 한국기초과학지원연구원 김선희 박사와의 공동연구를 통해 물을 전기분해해 수소를 생산하는 데 쓰이는 기존 백금촉매를 대체할 수 있는 인공화합물인 '망간포스페이트'를 개발했다고 14일 밝혔다.

현재 산업에 쓰이는 수소는 대부분 백금촉매로 물을 수소와 산소로 분리하는 방법으로 만든다. 그런데 희소금속인 백금이 비싸 생산단가가 높고 제조과정이 까다로웠다.

연구팀은 자연에 존재하는 칼슘망간 클러스터 물질에 주목했다. 이 물질은 백금같은 희소금속을 이용한 촉매보다 촉매 효율이 월등히 높지만 이를 실제 촉매로 개발한 사례는 없었다. 연구팀은 칼슘망간 클러스터의 구조와 재료 특성을 분석한 후 이를 그대로 모방해 망간 기반 인공 촉매물질을 디자인했다.

이 물질은 물분해 전극 위해 저절로 조립해 만들어지는 특징이 있으며, 가로세로 수 마이크로미터, 두께 수십 나노미터의 꽃 모양으로 만들어진다. 망간은 가격이 ㎏당 2달러로 저렴한데다 촉매를 상온에서 30분만에 쉽게 합성할 수 있어서 상용화 경쟁력이 뛰어나다는 설명이다. 기존 저가형 촉매가 백금 효율의 10% 정도밖에 안 됐다면 이 촉매는 70%까지 따라잡았고, 최적화를 통해 백금 수준까지 도달할 것으로 기대된다.

연구진은 "이 촉매는 물 전기분해뿐만 아니라 연료전지ㆍ이차전지 등에 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이 연구는 미래창조과학부 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 화학분야 세계적 권위지인 미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 4월23일자 온라인판에 게재됐다.

안경애기자 naturean@