수소연료전지, '철 촉매제'로 염가 생산 가능해져

수십 년 동안 과학자들은 수소연료 전지 제조비용을 극적으로 줄이는 촉매를 찾고 있다.

이러한 발전은 노트북에서 기관차에 이르기까지 모든 것이 녹색 전력 혁명으로 이어질 수 있다. 버팔로대학(University at Buffalo)이 주도 한 새로운 연구에 따르면 과학자들은 그 목표에 더 가까워지고 있다고 외신이 최근 보도했다.
최근 네이처 에너지에 발표된 연구에서 과학자들은 철분이 질소 및 탄소와 결합하여 효율적이고 내구성이 뛰어나며 저렴한 촉매가 될 수 있다고 밝혔다. 이것은 미국 에너지부(DOE)가 연료 전지 연구를 위해 확인한 세 가지 주요 목표이다.

이 연구의 수석 저자 강우(Gang Wu) 박사는 버팔로 UB공과대학의 화학 및 생물공학교수이다. 그는 "이 촉매제는 수년 간 만들어 왔다. 우리는 이것이 결국 수소 연료 전지의 엄청난 잠재력을 발휘하는 데 도움이 되는 중요한 돌파구라고 믿는다"고 말했다.

DOE에 따르면 연료 전지는 배터리처럼 작동하지만 전력이 부족하거나 재충전이 필요하지 않다. 연료전지는 수소와 같은 연료가 공급되는 한 전기와 열을 생산한다.

연료전지는 내연기관 엔진에 비해 탄소 배출량이 낮거나 전혀 없다. 그리고 차량, 발전소, 건물, 기타 시스템에 전력을 공급하는 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있다.

그러나 연료 전지는 다른 것들 중에서도 중요한 연료 전지 반응을 가속화하는 값 비싼 촉매가 필요하기 때문에 널리 상용화되지 못했다.

최고의 촉매는 백금 그룹 금속으로 알려진 여섯 귀금속의 계열이었다. 이 금속들은 효율적이고 내구성이 있지만 극히 드물기 때문에 엄청나게 비싸다는 단점이 있다. 결과적으로 과학자들은 비용이 적게 드는 대안을 찾고 있는 중이다.
대안 중 하나는 철 기반 촉매였다. 철분은 풍부하고 저렴하기 때문에 매력적이다. 그러나 백금 뿐만 아니라 특히 연료전지 내부의 부식성과 산화성이 높은 환경에서 견디는 내구성이 부족하지만 성능은 떨어지지 않는다.

우박사는 이 장벽을 극복하기 위해 연구팀과 함께 네 개의 질소 원자를 철분에 결합시켰다. 그런 다음 연구원들은 이 물질을 몇 겹의 그래핀에 담아 '기하학적 및 화학 구조의 정확한 원자 제어'라고 칭했다.

생성된 구조는 크게 개선된 촉매이다. 현재까지 생산되는 가장 효율적인 철 촉매로 여겨지고 있다.

이 촉매제는 백금 촉매에 근접한 내구성 등급을 달성했다. 우박사는 이 모든 것이 철 기반 촉매가 연료전지, 특히 수소연료전지를 상업적 용도로 훨씬 저렴하게 만들 수 있는 잠재력을 지닌다고 말했다.


김진영 글로벌이코노믹 기자