연구성과

기계 진현규 교수팀, 폴리-양이온 산화물(PCO) 개발로 청정에너지원 ‘수소’ 쉽게 생산한다

2018-06-25 377

[친환경 수소생산 가능성 제시]

연구성과_상세_진현규교수

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.

기계공학과 진현규 교수는 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 밝혔다.

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 물을 분해해서 수소를 생산할 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.

한편 이 연구는 에너지분야 국제 권위지인 에너지와 환경 과학(Energy and Environmental Science)을 통해 발표됐다.