국내 연구진이 온실가스인 이산화탄소로 전력과 수소를 생산하는 ‘수계 금속(아연)-이산화탄소 시스템(이하 시스템)’을 개발한데 이어 이 시스템의 상용화 가능성을 높일 새로운 촉매를 내놔 주목받는다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 김건태·백종범 교수팀이 루테늄 금속(Ru)과 다공성 탄소 지지체 (PSC)를 결합한 ‘루테늄 탄소 복합 촉매’를 개발했다고 16일 밝혔다.
수계 금속-이산화탄소 시스템은 이산화탄소가 물에 녹아 생기는 수소 이온을 전기화학적 반응을 통해 환원해 수소를 만드는 원리다. 이 때 전기화학 반응에 필요한 에너지 장벽을 낮추기 위해 촉매를 사용한다. 기존에는 백금(Pt) 등 고가의 촉매를 썼다.
학계는 촉매 비용을 낮추기 위해 다양한 금속 산화물 및 탄소 촉매들을 제시한 바 있지만, 이산화탄소가 포화한 환경에서 수소 발생 활성도가 낮다는 단점이 따랐다.
연구팀이 개발한 루테늄 탄소 복합 촉매는 이산화탄소가 포화한 전해질에서도 백금 촉매 만큼 우수한 수소 발생 반응 활성도를 지니며, 1000시간 구동에도 높은 안정성을 보였다.
저렴한 루테늄 금속과 탄소 원료를 사용해 가격이 기존 백금 촉매의 10분의 1수준으로 저렴하며 제조 공정도 간단해 대량생산이 가능하다.
김 교수는 “시스템에 백금 대신 값싼 재료로 만든 고효율 촉매를 적용하게 되면 상용화가 더 빨라질 것”이라며 “이번 연구를 통해 차세대 전극 신소재 개발과 안정성 문제를 동시에 해결할 단서도 제공했다”고 말했다.