전북대 연구팀, 그린수소 생산 핵심소재 개발

전북대 연구팀, 그린수소 생산 핵심소재 개발: 온종림 기자 / 2023-09-18 13:43:19

이중희 교수팀, 엠벤 결정구조 내 0.9% 백금 촉매 도핑 기술 세계 첫 개발

[대학저널 온종림 기자] 기후위기 대응을 위해 온실가스를 전혀 배출하지 않고, 물을 전기분해 해서 수소를 생산하는 ‘그린수소 생산 기술’이 수소경제 사회로 전환하기 위한 핵심 필수 기술로 큰 주목을 받고 있다.

그린수소 생산을 위해서는 신재생 에너지를 통해 생산된 전기를 이용해 물을 전기 분해하는 수전해 기술이 가장 핵심적인 기술이다. 이를 위해 적은 전기를 쓰면서 많은 수소를 생산할 수 있는 고효율의 수전해 장치 개발이 절실하다.

수전해 장치의 높은 효율을 위해 현재 백금(Pt)이나 루테늄/이리듐(Ru/Ir) 기반 촉매가 많이 사용되는데, 이는 값이 비싸고 매장량도 매우 적어 수전해 장치의 제작비용을 크게 증가시키고, 그린수소의 생산 단가를 높이는 주 원인이 된다.

미래 그린수소 생산에 핵심 기술로 떠오르는 음이온 교환막 방식 수전해 장치의 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 핵심소재 기술이 전북대학교 나노융합공학과 이중희 교수, 김남훈 교수, 트란듀이탄 교수와 박석주 석사과정생(대학원 나노융합공학과)에 의해 개발돼 세계적으로 주목을 받고 있다.

이 교수팀은 고가의 촉매 문제를 해결하기 위해 우수한 내부식성과 내산화성을 갖는 박리된 2차원 삼원계 전이금속 붕화물 소재인 엠벤(MBene) 결정구조 내에 극소량인 0.9% 백금 단원자 촉매를 흡착 및 도핑공정을 통해 복합화한 저비용의 고효율 촉매를 세계 최초로 개발했다.

이번에 개발된 나노 이종소재 촉매는 현재 산업체에서 널리 사용되고 있는 백금/탄소(Pt/C)촉매와 비교하면 제조비용을 약 20배 감소시킬 수 있어 수전해 장치 제조에 큰 비용절감 효과를 가져와 그린 수소산업의 발전을 가속시킬 수 있는 돌파구가 될 것으로 기대된다.

개발된 촉매기술은 이 교수팀의 핵심 연구원들이 창업한 벤처 기업인 ‘(주)아헤스(AHES, Advanced Hydrogen Energy Solution)’에서 실제 수전해 장치에 적용하기 위한 실용화 연구를 지속적으로 수행해 저가의 그린수소의 대량 생산과정에 적용할 예정이다.

이번 연구 결과는 에너지소재 분야 세계 최고 학술지인 ‘에너지 앤 인바이러먼트 사이언스’(Energy & Environment Science』(IF: 32.5, JCR: 0.5%)의 최신호에 게재되었다.