포스텍, 불가마 대신 오븐으로 수소 생산 효율 6배 높였다

국내 연구진이 800℃가 넘는 불가마 대신 300℃ 오븐만으로도 수소 생산 효율을 6배 높인 혁신 기술을 개발했다.

이번 연구는 포스텍 신소재공학과·친환경소재대학원 김용태 교수, 정상문 박사 연구팀, 서울대 신소재공학과 손준우 교수, 포스텍 신소재공학과 김영광 박사 연구팀이 수행했다. 연구성과는 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)' 표지로 최근 출간됐다.

연구팀은 '페로브스카이트' 구조를 가진 물질에 주목했다. 이 물질은 구조가 안정하고 성분 조절이 쉬워 촉매로 주목받지만, 입자의 크기가 100㎚ 이상으로 커 반응성이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀의 핵심 아이디어는 '엑솔루션(Exsolution)' 현상이다. 이는 페로브스카이트 내부에 숨어있던 금속 이온들이 표면으로 자발적으로 나와 나노 입자를 형성하는 현상이다. 기존에는 이 과정에 800℃ 이상의 고온과 수 시간의 열처리가 필요했지만, 연구팀은 '비드 밀링(Bead milling)'이라는 공정을 이용해 300℃의 저온에서도 같은 효과를 내는 데 성공했다.

이렇게 개발된 새로운 촉매는 기존 페로브스카이트 촉매보다 산소 발생 반응 활성을 약 6배 높였다. 더 중요한 것은 제조 온도를 300℃로 낮춤으로써 에너지 비용을 크게 절약할 수 있다는 점이다. 대량생산 시 경제성을 크게 높일 수 있는 핵심 요소다.

김용태 교수는 “이번 연구는 고성능·저비용 수전해 촉매 개발의 중요한 전환점을 마련했다“라며, ”나노 수준에서의 정밀한 구조 제어 기술이 수전해 시스템 효율 향상의 핵심 열쇠가 될 것”이라고 했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 H2NEXTROUND사업, 나노소재기술 개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com