[베리타스알파=김하연 기자] 포스텍은 기계공학과 진현규 교수가 미국 스탠포드대학교 기계공학과 아룬 마줌다(Arun Majumdar) 교수팀, 스탠포드대학교 재료공학과 윌리엄 추에(Wiliam Chueh) 교수팀과의 공동 연구를 통해, 2단계 열화학적인 방법으로 수소를 만들 때 물 분해 반응온도를 획기적으로 낮춰 친환경적이고 경제적으로 수소를 생산할 수 있는 폴리-양이온 산화물(Poly-cation oxide, PCO)을 발견했다고 25일 밝혔다.
수소자동차, 니켈-수소전지 등 수소는 최근 청정에너지원으로 많은 분야에서 사용되고 있다. 뿐만 아니라 수소는 각종 연료물질 생산을 위한 원료로서도 매우 높은 부가가치를 지니고 있다. 현재 전 세계 수소 생산량의 90% 이상을 담당하는 스팀-메탄 개질 방법은 이산화탄소 배출량이 많아 문제가 되고 있다. 이에 대한 대안으로, 물을 분해해서 친환경적으로 수소를 생산하는 다양한 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 기술 중, 2단계 열화학적 물 분해 기술은 간단한 반응과정 및 대량생산에 적합한 장점으로 인해 각광받는 기술이지만, 그동안 고온에서만 반응이 일어나는 한계로 인해 상용화하기 어려웠다.
연구팀은 2단계 열화학적 반응을 통해 촉매물질을 이용해서 물로부터 수소와 산소를 분리해 수소를 생산하는 방법에 주목했다. 이 방법의 상용화에 있어 가장 큰 걸림돌은, 기존 촉매물질들을 사용할 경우 1400℃(도씨) 이상의 고온 환경이 필요하다는 것이었다. 연구팀은 물 분해 반응온도를 결정하는 데 물질 내부의 무질서도(엔트로피)가 중요한 역할을 한다는 점에 착안, 2단계 열화학적 물 분해 반응을 거치는 동안 무질서도가 크게 변화할 수 있는 폴리-양이온 산화물을 개발하였다. 폴리-양이온 산화물을 사용하면 이전보다 크게 낮은 온도인 1100℃ 미만에서도 수소를 분해할 수 있게 된다. 이렇게 되면 기존의 화학공정시설을 활용할 수 있어 대량생산에 용이하고 산업현장에서 쉽게 활용될 수 있을 전망이다.
폴리-양이온 산화물 아이디어를 최초로 제안하고 연구를 주도한 진현규 교수는 “2단계 열 화학적 물 분해 반응을 통한 수소 생산기술은 경제성 및 상용화 가능성에서 높은 평가를 받고 있음에도 불구하고 높은 온도를 필요로 했기 때문에 상용화가 늦어지고 있었다”며 “폴리-양이온 산화물의 발견으로 이산화탄소 발생 없는 수소 대량생산 기술의 상용화에 기여할 수 있을 것”이라며 기대감을 밝혔다.
이 연구는 에너지분야 국제 권위지인 에너지와 환경 과학(Energy and Environmental Science)을 통해 발표됐다.
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