[가스신문 = 양인범 기자]  “방사선 기술을 활용한 촉매 제조는 수소를 포함 탄소중립에 크게 기여할 수 있습니다.”

최근 한국원자력연구원의 하나로이용부 엄영랑 박사 연구팀은 ‘백금저감 수소연료전지용 촉매 제조기술’ 개발에 성공했다. 이 기술은 전자선을 활용해 백금 사용량을 기존 대비 40%로 줄일 수 있는 수소연료전지용 촉매 제조기술이다. 엄영랑 박사를 통해 기술 연구 과정과 향후 연구 계획 등에 대해 자세히 들어봤다.

“저는 한국과학기술연구원(KIST)과 한국원자력연구원에서 박사후연구원으로 나노소재개발 연구를 했고, 2012년 책임연구원이 되면서 하나로이용연구단으로 전보를 했습니다. 이 때부터 뫼스바우어분광기개발과 촉매소재개발 연구를 시작했으며, 현재 서울대 융합과학기술대학원의 객원교수도 하고 있습니다.”

엄 박사의 백금저감 촉매 제조기술 연구는 원자력연구개발사업 중 에너지고부가신소재 개발사업의 지원으로 2020년 4월부터 시작했다.

“15년간 나노촉매제 연구를 진행하면서, 전자빔을 활용한 고체산화물연료전지의 촉매제를 제조한 경험이 있습니다. 이 기술은 그 경험을 바탕으로 촉매활성 메카니즘 분석에 최적인 뫼스바우어분광 분석 기술을 적용한 것입니다. 모든 화학합성은 금속염을 용매에 녹인 후 초음파, 열 또는 전류 등의 에너지를 통해 반응을 유도합니다. 금속염이 녹은 용액에 전자빔을 조사하면 용매인 물이나 에탄올의 H와 OH기에서 라디컬이 생성되고, 이 라디컬들이 금속염과 반응해 금속입자를 형성합니다.”

그가 개발한 기술은 자동차에 쓰이는 수소연료전지에서 활용할 수 있다.

“자동차에 적용한 고분자전해질연료전지는 촉매제로 백금-탄소 복합체(Pt/C)를 사용합니다. 백금 사용으로 연료전지 자격이 상승하고, 백금은 연료전지 가동 중 서로 응집하는 문제가 있습니다. 저희가 개발한 촉매제는 이 단점은 극복하고, 백금 사용량을 40%로 만들어 가격을 크게 하락시킬 수 있습니다.”

백금저감 촉매 제조기술은 현재 방사선 분야 전문기업 ㈜제브(대표 하태성)에 이전되었다.

“제브는 상용화가 가능한 수준의 생산이 되도록 공정을 만들고, 기반을 구축할 것입니다. 저희가 이전한 기술은 Fe@ Pt/C기술입니다. 철은 가장 저렴하고 제조가 쉽지만, 백금으로 싸지 못한 철이 남아 산화가 되면서 멤브레인 전극의 성능을 저하시킬 수 있습니다. 지금은 산세척을 통해 제거하지만, 질소 전구체를 활용해 Fe와 N을 결합시킨 상태에서 코어-쉘을 만들거나 코어 금속을 철이 아닌 다른 금속으로 다변화할 연구를 진행할 필요가 있어, 이 부분은 저희와 제브가 함께 진행해야 합니다. 또 현재 니켈은 코어금속으로 하는 분말 제조공정을 최적화하는 연구도 하고 있습니다.”

엄영랑 박사는 수소연료전지차가 상용화되기 위해 결국 인프라가 가장 중요하다는 견해를 밝혔다.

“수소충전 인프라가 부족하고, 자동차 가격이 전기차 대비 비싸긴 하지만 연료전지 가격은 스택 제조기술로 해결할 수 있습니다. 다만, 수소차는 수소생산, 운송, 충전의 세 가지 인프라가 모두 갖춰져야 하며, 이 인프라 지원에 대한 연구개발 정책에 적용되어야 하는 것이 우선 순위입니다.”

엄 박사는 방사선기술을 활용한 촉매제가 탄소중립에 기여할 수 있다고 덧붙였다.

“전자빔조사 제조 촉매제는 Gas to Liquid 기술인 피셔-트롭 촉매제 제조에도 사용이 가능하고, 수소충전소에 적용 가능한 고체형태의 수소 생산에도 가능합니다. 이 반응에 뫼스바우어 분광기로 분석을 합니다. 향후에도 방사선 기술을 활용한 촉매 소재 제조 및 분석 연구에 집중할 계획입니다.”