저효율 벌크 코발트 산화물의 황화수소 열처리 과정을 통한 고효율 촉매 전화 공정 모식도/경기도 제공
한양대학교 에리카(ERICA) 화학분자공학과 방진호 교수팀이 수전해 시스템의 효율을 높이는 나노 구조 기반의 촉매 소재 적용의 가능성이 높은 촉매 공정 기술을 개발했다.
이산화탄소가 배출되지 않은 그린수소 생산을 위한 수전해 시스템은 전기에너지를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 장치다.
화석 연료를 기반으로 수소를 생산하는 기존의 부생 수소 방식과 달리 고순도의 그린수소를 생산할 수 있다.
다만 고가의 귀금속 촉매 소재를 사용해야 하고 물 전기분해 반응에서 수소 생성 반응에 비해 산소 생성 반응의 속도가 낮아 수소 생산 효율이 떨어지는 단점을 지니고 있다.
현재까지 다양한 나노 구조의 고효율 촉매가 연구 개발됐으나, 경제성과 효율성을 만족시키는 소재가 없어 상용화에 어려움을 겪고 있다.
연구팀은 저가의 비귀금속 벌크 코발트 산화물을 황화수소(H2S)로 채워진 환경에서 10분간 열처리해 나노 구조화와 표면 활성을 극대화할 수 있는 촉매 공정을 개발했다.
이를 통해 얻어진 고효율 촉매는 기존 귀금속 산화물 촉매 활성보다 높은 촉매 활성을 보여주었다.
대면적 시스템에서도 안정적인 촉매 활성을 확보해 그동안 상용 수전해 시스템에 적용이 어려웠던 나노 구조 기반의 촉매 소재 적용에 대한 가능성도 높였다.
이번 기술은 다종 성분입자의 크기 및 조성 분포, 형상 등의 특성에 맞춰 범용적으로 적용될 수 있어 신개념 에너지 변환 기술(P2G) 반응 촉매 분야의 신산업 창출을 가져올 수 있을 것으로 기대되고 있다.
연구 성과는 촉매화학 분야 국제 저명 학술지인 ‘어플라이드 카타리시스 비: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’ 11월 5일자 최신호에 게재됐다.
한편 이번 연구는 경기도지역협력연구센터(GRRC) 사업 및 과학기술정보통신부·교육부 연구사업 지원으로 수행됐다.
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