수소.[게티이미지뱅크]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 탄소배출이 전혀없는 그린수소 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있는 새로운 원천기술 확보에 성공했다. 그린수소 상용화의 최대 걸림돌로 작용했던 고가의 이리듐 사용량을 크게 줄일 수 있게 됐기 때문이다.

한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 박현서 박사 연구팀과 서울대학교 화학생물공학부 성영은 교수 공동 연구팀은 이리듐 나노튜브(IrNT)를 그물망 구조로 배치, 기존보다 훨씬 적은 이리듐으로도 전류가 끊기지 않고 흐르는 수전해 전극을 구현했다고 3일 밝혔다.

연구팀에 따르면 기존에는 이리듐을 작은 알갱이, 나노입자 형태로 전극에 뿌려 사용해 왔다. 이 나노입자 알갱이들이 전류를 흘리려면 서로 빽빽하게 맞닿아 있어야 했고, 많이 깔아야만 했다. 이리듐을 줄이면 알갱이 사이에 빈틈이 생겨 전류 경로가 끊기고, 성능이 급격히 떨어졌다.

연구팀은 은 나노와이어를 틀로 삼아 그 위에 이리듐을 얇게 입힌 뒤 내부의 은을 녹여 속이 빈 이리듐 나노튜브를 만들었다. 이 튜브들을 지지체 위에 쌓으면 마치 나뭇가지가 얽히듯 그물망 구조가 형성된다. 훨씬 적은 양으로도 전류가 끊기지 않고 흐를 수 있다.

기존 나노입자 전극이 제대로 작동하려면 이리듐이 1cm² 면적당 350 마이크로그램 이상 필요했지만, 나노튜브 전극은 31.3 마이크로그램만으로도 같은 수준의 전기적 연결이 가능했다. 10분의 1도 안 되는 양으로도 기존과 같은 성능을 발휘한 것이다.

박현서 한국과학기술연구원(KIST) 박사.[KIST 제공]

연구팀은 40일 장기 구동 시험으로 전극이 어떻게 망가지는지 단계별로 확인하고, 성능과 수명을 동시에 만족하는 이리듐 적정 사용량을 수치로 제시했다. 이 조건에서는 30일 구동 후에도 초기 성능 대비 98.3% 수준의 성능을 유지했다.

박현서 박사는 “이번 연구는 수전해 장치의 귀금속 사용량과 시스템 비용을 동시에 낮추는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다”면서 “다만 상용화를 위해서는 수천시간 이상 안정함이 확인되는 것이 필요하고, 더 향상된 성능과 내구성을 위해 그린수소 생산 장치 운전 조건을 최적화하는 연구를 수행할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’ 최신호에 게재됐다.