[데일리비즈온 김소윤 기자] 정부의 수소경제 활성화 정책 발표와 함께 수소차에 대한 관심이 높아지는 가운데 앞으로 이를 대중화시키는 데 중요 역할을 할 저렴한 알칼리 촉매가 개발됐다.

◇ 키스트 유성종 박사팀 저가형 촉매 개발

26일 키스트 수소‧연료전지연구단 유성종 박사팀은 경희대학교 김진수 교수와의 공동연구를 통해 알칼라인 연료전지에 사용되는 고가 촉매(백금)을 대체할 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다.

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하며 이산화탄소나 질소산화물 등 공해물질의 배출 없이 물만 배출하는 친환경 발전장치다. 최근 차세대 전지로 각광받고 있다. 하지만 산소환원반응이 느려 속도를 빠르게 하는 역할을 해주는 촉매가 연료전지의 발전 효율 증가 역할의 핵심이다.

그간 주로 백금계열 촉매가 사용됐는데 이는 가격이 비싸고 특정 지역에서만 생산되는 한계가 있었다. 이에 착안해 학계에선 백금 소재를 대체하기 위한 탄소계 촉매에 대한 연구가 활발히 이어져왔다. 다만 현재까지 개발된 우수한 효율의 결과물들은 원리를 정확히 알아내지 못해 실제 알칼라인 연료전지 구동까진 이어지지 않은 실정이었다.

이에 연구팀은 백금을 대체할 촉매로 차세대 촉매로서 꾸준히 보고됐지만 낮은 생산 수율과 후처리 공정 문제 등 상용화에 어려움을 겪는 금속유기골격체를 활용했다. 이들은 스프레이 열분해법을 통해 코발트와 질소가 도핑 된 MOF(유기금속구조체)계 촉매를 개발했다.

◇ 연속적 공정으로 대량 생산 가능

스프레이 열분해법은 연속적인 공정으로 대량생산이 가능하고 공업용 가습기를 이용하여 입자를 만들 수 있다는 장점이 있다. 또 개발된 촉매는 상용 백금 촉매보다 40% 성능이 향상되었다. 상용화에 최적화된 촉매를 개발한 셈이다.

키스트 유성종 박사는 본지와의 통화에서 “백금의 경우 전 세계 채굴량이 이동수단 생산량에 못 미친다. 이번에 개발된 촉매는 수소 활용 에너지를 얻는 과정에서 무궁무진하게 사용될 것으로 전망된다. 특히 수소차 상용화에도 도움이 될 것”이라는 취지로 말했다.

한편, 과학기술정보통신부의 지원으로 이루어진 이번 연구는 키스트 주요사업, 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템연구사업 및 결정기능화공정기술센터(ERC)사업으로 수행됐다.

이번 연구 결과는 에너지 환경 분야 국제 저널 ‘Applied Catalysis B-Environmental’ (IF: 14.229, JCR 분야 상위 0.962%) 최신 호에 게재됐다.