수소 얻는 저렴하고 획기적인 방법 찾아
수소 얻는 저렴하고 획기적인 방법 찾아
  • 문현식
  • 승인 2018.12.27 06:40
  • 조회수 1600
  • 댓글 0
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수소는 산소와 반응해 전기를 만들고 물만 배출하는 청정 연료입니다. 연료를 태우는 연소 과정이 없어 이산화탄소도 배출하지 않고 미세먼지까지 줄이는 역할을 합니다. 갈수록 배기가스 배출 규제가 강화되는 상황에서 수소자동차 등에 쓰일 차세대 연료로 각광받는 이유입니다. 

 

배터리를 충전하는 자동차. 출처: pixabay
배터리를 충전하는 자동차. 출처: pixabay

하지만 현재 대부분의 수소는 천연가스나 화석연료를 통해 얻기 때문에 환경오염을 피하기 어렵습니다. 또 수소를 운송하는 데 드는 비용도 꽤나 비싼 편인데다 이를 해결할 기술적 장애물도 많습니다.

 

UNIST 연구진이 이런 한계를 극복하고자 팔을 걷어붙였습니다. 백종범 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 새로운 물 분해 촉매(이리듐엣콘)를 개발해 우수한 성능을 검증했는데요. 이 촉매가 바로 수소를 만드는 '비밀 병기'였습니다.

 

물을 전기로 분해해 수소를 얻는 기술의 핵심은 '좋은 촉매'입니다. 그런데 좋은 촉매는 몇 가지 조건이 있습니다. 물을 수소로 바꾸는 효율이 좋아야 하고, 내구성이 뛰어나야 하며 가격도 저렴해야 합니다. 특히 물의 산도(pH)에 영향 받지 않고, '낮은 전압'에서 수소를 발생시키는 조건은 필수로 꼽힙니다.

 

UNIST 연구진이 물 분해 촉매의 성능을 비교했다. 출처: UNIST
UNIST 연구진이 물 분해 촉매의 성능을 비교했다. 출처: UNIST

백종범 교수팀은 지난해부터 루테늄(Ru) 기반의 촉매를 합성해 수소를 얻는 경제적인 방법을 제시해왔습니다. 특히 연구진이 기존에 선보였던 '루테늄엣씨투엔'이라는 루테늄 기반의 촉매는 비교적 뛰어난 것으로 평가받는 촉매였습니다.

 

그런데 이번에 연구진이 개발된 촉매(이리듐엣콘)는 이 기록을 또 다시 넘어섰다고 합니다. 이리듐(Ir)을 특정한 3차원 유기 구조체의 기공 내부에 가둬서 고정시키자, 매우 높은 효율의 수소를 뽑아낼 수 있었던 것입니다. 특히 이런 방법은 그 동안 논문으로 보고된 물 분해 촉매 중 효율이 가장 높았다는 것이 연구진의 분석입니다. 

 

‘Advanced Materials’ 표지에 게재된 UNIST 연구. 출처: UNIST
'Advanced Materials' 표지에 게재된 UNIST 연구. 출처: UNIST

이리듐은 이론적으로만 따지면 백금(Pt)보다 우수한 촉매입니다. 하지만 원소끼리 뭉치는 '응집 현상' 때문에 제대로 성능을 발휘하지 못했는데요. 이번 연구에서 UNIST 연구진은 이리듐 입자의 응집을 막는 방법을 찾아냈습니다.

 

백종범 교수는 "이론적으로 예측했지만 누구도 실험으로 구현하지 못했던 이리듐의 수소 발생 성능을 창의적인 방법으로 접근해 실험적으로 규명한 최초 사례"라며 "이리듐엣콘은 현존하는 물 분해 족매 중에서 가장 낮은 에너지 손실률과 가장 높은 전류량 대비 성능을 보인다"고 밝혔습니다. 이번 연구는 <Advanced Materials>에 게재되었습니다.
 


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