환경기술특허연구회

이재영 GIST 교수 연구진

이병철 기자
입력 2024.02.28. 10:28

광주과학기술원(GIST) 연구진이 개발한 암모니아 수전해 시스템의 작동 원리. 기존 방식보다 전력 사용량이 적으면서도 전극의 안정성을 높였다./광주과학기술원

국내 연구진이 기존의 57% 수준의 적은 전력으로도 고순도의 수소를 생산하는 수전해 기술을 개발했다. 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않는 그린 수소의 상용화에 기여할 것으로 기대를 모은다.

이재영 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 교수가 이끄는 연구진은 그린수소 생산을 위한 100W(와트)급 암모니아 수전해 시제품 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

친환경 에너지원으로 주목받는 수소는 생산 방법에 따라 다양한 이름으로 불린다. 현재 생산되는 수소의 96%가량은 화석연료에서 만들어지는 ‘그레이수소’다. 그레이수소는 천연가스에 포함된 메탄을 분해해 만들어지는 데 이 과정에서 이산화탄소가 대량으로 배출된다는 단점이 있다. ‘블루수소’는 그레이수소와 같은 과정을 거치면서 이산화탄소를 포집해 배출량을 줄인 방식으로 생산한다.

생산 과정에서 온실가스 배출이 전혀 없는 ‘그린수소’는 태양광, 풍력 같은 신재생에너지를 이용해 만들어진다. 신재생에너지를 이용해 만들어진 전기에너지로 물을 분해하거나 촉매를 사용하는 방식이다.

연구진은 암모니아를 이용해 질소와 수소를 만드는 암모니아수 전기분해 기술을 활용했다. 추가적인 분리 공정이 없이도 고순도의 수소를 얻을 수 있으며 일반적인 수전해 방식과 비교해 3분의 1수준의 전력만 필요해 생산 효율이 높은 방식이다. 다만 수소 생산 속도가 낮아 높은 전류에서도 안정적으로 반응하는 전극의 개발이 필요하다.

연구진은 백금과 이리듐 촉매를 이용해 이중층 구조의 전극을 만들었다. 그 결과, 암모니아의 전달성과 내구성을 함께 높일 수 있는 것으로 나타났다. 전극에 있는 작은 구멍은 촉매가 암모니아의 전달성을 개선했다. 또 바깥쪽에 있는 촉매의 손실을 막아 내구성도 개선됐다.

이렇게 개발한 전극으로 만든 수전해 시스템은 ㎠당 175㎃의 전류 밀도에서 시간당 25L의 수소를 생산하는 것으로 나타났다.

이 교수는 “탄소 배출이 없는 친환경 신기술의 잠재력을 확인하는 동시에 전력 사용량이 57% 이상 감소했다는 점에서 의미 있다”며 “후속 연구를 통해 친환경 그린수소 생산의 새로운 패러다임을 제시하는 기술로 성장시킬 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘에너지화학 저널’에 지난 7일 소개됐다.

참고자료

Journal of Energy Chemistry, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.01.065

출처: https://biz.chosun.com/science-chosun/technology/2024/02/28/4FPEG7JA65H3HKBZUT6NPUNHKY/?utm_source=naver&utm_medium=original&utm_campaign=biz