전북대 나노융합공학과 이중희 교수와 김남훈 교수팀이 그린 수소를 저렴하게 대량 생산 할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발, 세계 학계로부터 주목을 받고 있다.

13일 전북대에 따르면 나노융합공학과 연구팀은 비교적 손쉬운 방법으로 제조가 가능하면서, 매우 저렴한 금속 소재인 철과 주석을 이용하여 새로운 그린수소 생산용 나노 다차원 구조체 형상의 촉매 제조기술을 개발했다. 

개발된 촉매(Fe0.33Sn0.67OSe(+,-))를 활용한 알카라인 전해조 셀은 매우 우수한 성능을 보였다. 기존에 널리 사용되고 있는 상업용 백금-루테늄 촉매가 ~1.545 V @10 mA cm-2 셀전압을 보인 반면, 개발 촉매는 ~1.490 V (@ 10 mA cm-2)의 셀전압을 보여 귀금속보다도 매우 우수했다. 셀전압이 낮을수록 성능이 우수하다는 의미.

연구진은 또 내구성 측면에서도 기존 상용화된 제품에 비해 매우 뛰어난 안정성을 보여 조만간 상용화가 가능할 것으로 예상했다. 

본 연구는 과학기술정보통신부의 지역혁신선도연구사업(RLRC)과 교육부의 BK-21 Four사업의 지원을 받아 수행되었으며 나노융합공학과의 켐파나 하리쉬(박사과정), 응웬탄투안(박사후 연구원)등 의 협업연구로 이루어 냈다.

촉매 분야 상위 1% 이내의 세계 최고 학술지인 '어플라이드 캐탈리시스 비 (Applied Catalysis B-Environmental)'(IF=19.503)의 최신호에 게재됐다.

그린 수소는 생산 과정에서 물을 전기분해해서 만들기 때문에 탄소배출이 전무한 수소로 탄소중립 시대에 가장 필요한 미래형 에너지 기술로 평가받고 있다.

하지만 물을 전기분해해서 수소를 생산하기 위해서는 가격이 비싼 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir)과 같은 귀금속 촉매를 사용함으로 수소생산 단가가 비싸고, 생산설비의 내구성이 떨어지는 문제점을 가진다.
 
현재 우리가 많이 사용하고 있는 그레이 수소나 블루 수소는 원유를 정제하면서 부가적으로 발생하는 부생수소이거나, 천연가스 등을 고온에서 개질하여 수소를 생산하는 개질수소여서, 사실상 온실가스를 감축하고자 하는 수소경제사회의 근본 취지와는 상반된다. 

그동안 신재생에너지에서 얻어지는 전기를 이용한 그린수소 생산은 제조단가가 비싸다는 문제를 안고 있어 진입 장벽이 높았으나, 이번에 개발된 저렴하고 효율이 우수하면서 대량생산이 가능한 촉매 기술 개발로 이러한 문제를 해결할 돌파구를 제시했다는 데 의미가 크다.  

특히 이번 연구를 통해 새만금 지역의 그린수소 산업과 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것으로 보이며, 전북대가 이 분야에서 세계적으로 선도적인 연구를 수행하고 있음을 다시 한 번 확인했다. 

한편, 이번 연구의 지도교수인 이중희 교수는 현재 대한민국 수소경제의 컨트롤타워 역할을 하고 있는 수소경제위원회의 민간위원으로 활동하고 있다.

수소 관련 원천기술뿐만 아니라 상용화 연구를 성공하여 산업체에 기술이전 등 상용화 경험(현대자동차, 수소연료전지자동차(넥쏘) 수소저장탱크 개발)이 풍부해 이번 촉매도 상용화에 매우 높은 자신감을 보이고 있다.

한편 본 개발 촉매는 본 연구팀에서 시작한 대학 실험실 벤처기업인 ‘아헤스 (AHES) (Advanced Hydrogen Energy Solution)’에서 실재 수전해 장치에 적용하여 고효율 수전해 장치를 제조할 예정이다.