[가스신문=최인영 기자] 수전해 장치의 경제성을 확보할 전이금속 소재 촉매가 국내 연구진에 의해 개발되면서 친환경 수소에너지 생산 상용화에 기여할 것으로 예상된다.

한국과학기술연구원(KIST) 수소연료전지연구단 유성종 박사팀은 백금을 사용하지 않아도 수소생산의 효율과 장기적 안정성을 확보할 수 있는 전이금속계 수전해 촉매를 개발하는데 성공했다고 21일 밝혔다.

친환경 수소생산 방식인 수전해 기술에는 고가의 백금(Pt) 촉매를 필수적으로 사용해야 하기 때문에 가격경쟁력 확보에 어려움이 따른다. 하지만 고분자 전해질막(Proton exchange membrane, PEM) 기반 수전해장치는 백금계 촉매 대신 전이금속 소재 촉매에서도 수소발생 반응의 활성도를 높일 수 있어 현재 상용화를 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

연구진은 전기화학적 환경에서 쉽게 부식되는 전이금속 소재의 내구성도 동시에 높이는 연구에 집중, 그동안 등한시되던 비백금촉매의 한계를 극복했다.

저가의 전이금속인 인화 몰리브덴(MoP)에 스프레이 열분해(spray pyrolysis) 공정으로 소량의 티타늄을 주입해 부식을 막는 것이다. 에너지 전환·저장장치의 촉매재로 쓰이는 몰리브덴은 값싸고 다루기 쉬운 반면 산화에 취약해 쉽게 부식되는 단점을 지닌다.

연구진이 개발한 촉매는 합성과정에서 각 재료의 전자구조를 완전히 재구성한 것으로 수소발생 반응의 활성도를 측정한 결과 백금계 촉매와 동등한 수준을 보였다. 특히 전자구조의 재구성을 통해 부식성을 획기적으로 개선, 기존 촉매보다 내구성을 26배 향상시켜 비백금계 촉매 상용화에 기여한 것으로 평가받고 있다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업과 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행됐다. 연구성과는 최근 에너지·나노 분야 국제 학술지인 Nano energy에 게재됐다.