"바닷물 부식 막고 수소 폭발적 생산"…귀금속 대체할 'FeP@CNT' 탄생
아주대·광운대와 공동 연구, 'CEJ' 게재…염화물 부식 막고 1000시간 장기 운전
가천대학교는 김대건·안용남 화공생명배터리공학부 교수팀이 박성준 아주대 교수, 이기원 광운대 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 해수를 직접 활용하면서도 고효율로 수소를 생산하는 철 인화물-탄소나노튜브(FeP@CNT) 기반 이중기능성 전기촉매를 개발했다고 3일 밝혔다.
이번 연구 성과는 환경 및 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal, IF 12.5) 최신호에 게재됐다.
그간 수전해 기술을 통한 그린수소 생산은 담수를 대량 소비해 자원 확보에 심각한 부담을 안겼다. 이를 대체할 해수 수전해 기술이 주목받았으나, 해수 속 염화이온이 전극 표면에 들러붙어 촉매를 신속히 부식시키고 부반응을 일으키는 한계 탓에 상용화에 어려움을 겪었다.
공동 연구팀은 금속유기골격체(MOF)를 기반으로 철 인화물 나노입자와 탄소나노튜브가 복합 형성되는 'PhosPy' 공정을 고안했다. 전도성이 뛰어난 탄소 네트워크 내부에 활성 촉매 입자를 고정했다. 이를 통해 철 인화물은 물 분해 반응을 촉진하는 동시에, 탄소 네트워크는 전자 이동을 도우면서 염화이온의 접근을 선택적으로 차단하는 '보호막' 역할을 수행하도록 했다.
실험 결과 개발된 촉매는 양극과 음극 모두에 적용된 상태에서 고전류 조건임에도 1000시간 이상 성능 저하 없이 안정적인 해수 전기분해를 이어 나갔다. 태양전지와 같은 저전압 전력원과의 연동 구동 및 야외 실제 시연에서도 지속적인 수소 발생을 입증해 재생에너지 연계 상용화 가능성을 높였다.
공동 연구팀 관계자는 "풍부한 바닷물을 직접 자원화하면서 고가의 귀금속 촉매 의존도를 대폭 낮출 수 있는 친환경 수전해 설계 방향을 제시했다"며 "담수 부족 우려 없이 재생에너지를 결합해 대규모 그린수소를 생산하는 차세대 에너지 인프라 구축에 기여할 것"이라고 설명했다.
