한국과학기술원(KAIST)은 이진우·김형준 교수 연구팀이 음이온 교환막 수전해 셀의 성능과 안정성을 획기적으로 높인 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다. 수전해 셀은 물을 분해해 수소와 산소를 생산하는 수전해 장치에서 수소와 산소 가스의 혼합을 막아주는 역할을 한다. 여러 수전해 기술 가운데 음이온만 선택적으로 이동시키는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산하는 음이온 교환막 수전해 셀은 고순도 수소를 다량으로 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술이지만, 촉매로 사용되는 백금(Pt) 등 귀금속 값이 비싸 경제성이 떨어진다. 이에 단일 원자 촉매가 대안으로 제시되고 있다. 금속 원자 하나가 지지체에 분산된 형태로, 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금 활용도를 극대화할 수 있다. 다만 기존 저온 합성법으로는 안정성과 밀도가 떨어져 제대로 된 성능을 구현하기 어려웠다. 연구팀은 고온 환경에서의 새로운 합성 전략을 기반으로 단일 원자 촉매를 설계했다. 고온에서 높은 안정성을 제공하는 탄소를 귀금속과 강한 상호작용을 갖는 몰리브덴 탄화물과 결합, 성능을 극대화한 지지체를 개발했다. 1000도 이상 고온에서 귀금속이 자발적으로 탄화물 지지체
차세대 에너지원으로 주목받고 있는 고체산화물 연료전지의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 한국에너지기술연구원은 최윤석 박사가 한국과학기술원(KAIST) 정우철 교수, 부산대 박범경 교수 연구팀과 공동으로 4분 만에 고체산화물 연료전지의 성능을 3배로 높일 수 있는 촉매 코팅 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 연료전지는 수소를 활용해 전기를 생산하는 전지로, 이산화탄소를 배출하지 않아 친환경 에너지원으로 불린다. 그중 고체산화물 연료전지는 수소 이외에도 천연가스, 암모니아 등 다양한 연료로부터 전기에너지를 생산할 수 있는 데다 발전 효율도 높아 활발하게 연구되고 있다. 고체산화물 연료전지의 성능은 공기극(양극)에서 일어나는 산소환원반응에 의해 결정된다. 연료극(음극)에서 일어나는 반응에 비해 공기극의 반응 속도가 느리다는 한계 때문에 활성이 높은 공기극 소재를 개발하기 위한 연구가 시도되고 있지만, 아직은 화학적 안정성이 부족한 실정이다. 연구팀은 산업계에서 널리 사용되는 공기극 소재인 'LSM-YSZ 복합전극'(망간 기반 페로브스카이트 촉매(LSM)와 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)로 구성된 복합전극)의 표면에 ㎚(나노미터·10억분의 1ｍ
한국중부발전은 9일 현대엔지니어링과 협력해 글로벌 전력 에너지산업의 탄소중립과 수소경제 활성화 선도를 위한 '수전해 활용 수소 생산사업 업무협약(MOU)'을 체결했다고 밝혔다. 수전해 기술은 전기로 물을 분해해 고순도의 수소를 생산하는 기술이다. 업무협약에 따라 한국중부발전은 양사 협력으로 진행되는 수소 생산사업의 총괄 운영과 비즈니스 모델 확보에 주력할 방침이다. 현대엔지니어링은 시설 계획과 EPC(설계·조달·시공) 업무를 주관한다. 앞서 한국중부발전은 전력 에너지산업의 패러다임 전환과 친환경 에너지 정책에 대응해 보령화력에 세계 최대 규모의 블루수소 생산기지를 구축했다. 또 제주에 국내 최초로 풍력 이용 P2G(Power To Gas) 그린수소를 개발하는 등 청정수소 생산과 발전 사업에 힘을 쏟고 있다. 한국중부발전 김호빈 사장은 "친환경으로 미래를 여는 에너지 전문기업으로서 현대엔지니어링과 협력해 수소 생산기지 구축을 위해 적극 노력할 것"이라며 "탄소 중립 달성 및 수소 산업 생태계 조성에도 이바지하겠다"고 말했다. 헬로티 김진희 기자 |
UNIST가 에너지화학공학과 권영국 교수팀이 니켈 질화물을 도입한 바나듐-니켈-철기반 촉매 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구팀에 따르면, 개발된 촉매는 알칼라인 조건에서 실질적으로 상업화에 필요한 전류밀도의 두 배인 전류밀도 1 A/cm2를 낮은 과전압(270 mV)에서 도달했다. 연구팀은 해당 촉매가 안정성 실험에서 1000시간 동안 손상 없이 안정적으로 구동되는 것을 확인했다고 전했다. 또한 연구팀은 음이온 교환막 수전해 시스템의 초순수 환경에서는 전체 셀 전압 1.85 V에서 전류밀도 685 mA/cm2를 나타내어 뛰어난 성능을 보였다고 밝혔다. 이는 귀금속 촉매 기반 음이온 교환막 수전해 성능(전체 셀전압 1.85 V 전류밀도 355 mA/cm2) 대비 약 두 배 가량 높은 수치를 보였다. 수전해 기술은 미래의 에너지 운반체인 그린수소를 생산하는 대표적인 기술이다. 기존의 비싼 수전해 기술의 수소 경제성을 높이기 위해 개발된 시스템이 바로 음이온 교환막 수전해 시스템인데, 이는 아직 연구단계에 머물러있으며 특히, BOP(Balance of Plant)의 내구성을 높이기 위해서는 초순수를 이용한 수전해 기술이 발전돼야 한다. 초순수전해의 경우 산성 혹은
헬로티 김진희 기자 | 두산이 그린수소 생산의 핵심으로 각광받고 있는 수전해 기술 확보에 박차를 가한다. 두산은 울진군, 한국에너지기술연구원, 한국기계연구원, 한국전력기술, 서울대학교 원자력정책센터, 미래와도전과 함께 ‘대규모 그린수소 생산실증단지 조성’을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다고 지난 6일 밝혔다. 이번 협약은 국가 에너지 정책에 기여하고, 대량의 그린수소 생산 및 실증을 위한 기술기반을 마련하기 위해 추진됐다. 두산은 울진군의 원자력 발전소에서 발생되는 증기를 활용해 그린수소를 생산하는 고체산화물수전해시스템(SOEC) 기술 개발을 담당한다. 일반적으로 수전해는 물을 전기분해해 수소를 추출하는 기술로, 그 중 SOEC는 고온 수전해라고도 불린다. 폐열 등으로 물을 끓여 발생되는 증기를 전기분해하면 이산화탄소(CO2) 배출이 없는 그린수소를 생산할 수 있다. 또한 향후 차세대 원전인 소형모듈원자로(SMR) 개발이 완료되면 수소 수요지 인근에 SMR을 건설하고, SOEC 기술을 적용함으로써 대량의 수소 생산과 저장·운송 비용 절감이 가능하다. 두산 수소경제추진실장 이해원 부사장은 “SOEC 기술은 이미 상용화된 알칼라인 수전해나 고분자전해질(PEM)
헬로티 이동재 기자 | UNIST 신소재공학과 박혜성 교수·동국대 융합에너지신소재공학과 한영규 교수 공동연구팀이 비 귀금속 기반 이기능성(bifunctional) 수전해 촉매를 개발했다. 연구팀은 해당 수전해 촉매가 값비싼 귀금속 촉매에 비해 효율은 우수하고 내구성은 월등히 뛰어나다고 밝혔다. 수전해 기술은 전기에너지로 물을 수소와 산소로 분리해내는 기술로, 탄소배출 없이 청정 원료인 수소를 생산할 수 있어, 탄소중립 시대를 열 차세대 기술로 꼽힌다. 상용화 관건은 값싸고 오래가는 촉매 물질 개발인데 UNIST 연구진이 이러한 촉매를 개발한 것이다. 이번에 개발된 촉매는 수전해 장비의 음극과 양극 모두에 코팅해서 쓸 수 있는 이기능성 촉매다. 일반적인 수전해 장비가 음극과 양극에 다른 촉매를 쓰는 반면, 연구진의 촉매는 음극과 양극에 다 쓸 수 있어 수전해 장비 제작 공정을 단순화해 비용을 절감할 수 있을 것으로 보인다. 연구진에 따르면, 촉매는 1㎠ 크기 전극에 100밀리암페어(㎃)의 전류를 흘리는 실험에서도 손상 없이 2500시간 이상 안정적으로 작동했다. 일반적 수전해 촉매는 동일한 면적에 50밀리암페어 이상의 전류를 흘리면 촉매가 전극에서 벗겨지기 시
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