수소에너지 상용화 앞당길 저비용·고효율 촉매 개발

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국내 연구진이 고가의 백금을 대체해 경제적으로 수소를 생산할 수 있는 촉매를 개발했다. 차세대 에너지로 주목받는 수소에너지 상용화에 기여할 기술로 기대된다.

남기태 서울대 재료공학부 교수팀과 한승우 교수팀, 김선희 기초과학지원연구원 박사팀은 공동 연구를 통해 망간을 활용해 수소를 발생시키는 저비용·고효율 촉매 ‘망간포스페이트’를 합성했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 자연계에 존재하는 망간 클러스터 촉매 특성이 기존 희소 금속 촉매보다 월등히 뛰어난 것에 주목하고, 이를 모방한 인공 물 분해 촉매를 디자인해 세계 최초로 망간포스페이트를 합성했다. 나아가 합성된 망간포스페이트 구조를 확인하고, 촉매의 우수성을 규명했다.

망간포스페이트 화합물은 풍부한 금속 중 하나인 망간을 기반으로 해 세계에서 가장 값싼 촉매로 평가된다. 망간 금속은 가격이 ㎏당 2달러 수준에 불과하고 망간포스페이트 합성조건이 상온에서 30분밖에 걸리지 않아 제조비용도 매우 저렴하다. 연구팀은 현재 연료전지 수소생산을 위한 촉매로 이용되는 백금(Pt)을 대체할 수 있는 주요한 후보 물질이라고 설명했다.

물 분해를 통한 수소 생산은 주요한 대체 에너지 생산 기술로 평가되지만 희소 금속인 백금을 수소 발생 촉매물질로 이용하기 때문에 높은 생산비용과 까다로운 제조과정이 상용화 한계로 지적돼 왔다.

연구팀은 “물 분해 촉매인 망간포스페이트는 전이금속 기반 촉매 디자인의 새로운 지평을 열었다”면서 “물 전기분해·연료전지·이차전지 등 광범위한 분야에 망간포스페이트가 활용될 것으로 기대되며, 응용연구도 이어질 것으로 보인다”고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 일환으로 추진됐으며 연구결과는 화학분야 세계적 학술지인 미국 화학학회지 4월 23일자 온라인판에 게재됐다.

권건호기자 wingh1@etnews.com