[월간수소경제 송해영 기자] 백금, 루테늄 등의 귀금속을 사용하지 않고도 고순도 수소를 생산할 수 있는 촉매가 개발되었다. 한국연구재단은 김동완 고려대학교 교수 연구팀이 귀금속이 아닌 재료를 사용해 수소와 산소를 모두 생산하는 양기능성 촉매를 개발했다고 15일 밝혔다.

수소에너지는 기존 화석연료의 대안으로서 많은 주목을 모으고 있다. 다양한 수소생산 방법 중 수전해 방식은 태양광이나 풍력발전 등 재생에너지와 융복합할 경우 이산화탄소를 전혀 배출하지 않으면서도 수소를 생산할 수 있다. 하지만 수전해 방식은 여타 수소생산 방법에 비해 경제성이 낮다는 단점이 있다.

수전해를 통해 수소를 생산하기 위해서는 촉매가 필요하다. 현재 가장 잘 알려진 촉매 소재인 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 등은 귀금속 기반 물질로, 희소성이 높고 가격이 비싸다. 또한 수소가 발생하는 양극과 산소가 발생하는 음극에 각기 다른 촉매가 사용되는데, 이 역시 촉매의 경제성을 낮추는 요인이다.

따라서 수소에너지 상용화를 위해서는 귀금속을 사용하지 않으면서도 양쪽 전극에서 모두 기능하는 촉매 개발이 필수적이다.

이에 연구팀은 귀금속이 아닌 코발트-황(CoS2)을 기반으로 물 전기분해시 양극과 음극에 모두 사용할 수 있는 고성능 촉매를 개발했다.

코발트-황 화합물은 2차원 나노시트가 자가조립(self-assembly)된 3차원 구조다. 연구팀은 이를 니켈(Ni)과 인(P)으로 치환하여 조성에 변화를 줌으로써, 촉매의 활성도와 안정성을 크게 향상시켰다. 특히 제조된 촉매는 수소 및 산소 발생 반응 모두 높은 활성을 보였고, 50시간 이상 측정해도 그 특성이 변하지 않았다. 또한 공정 상 대량으로 합성할 수 있다는 장점이 있다.

김동완 교수는 “이번 연구를 통해 코발트, 황 등의 저가 원료를 사용해 고활성 양기능성 수전해 촉매를 개발했다”며 “앞으로 대용량 수소원료 생산 산업화에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.