“비싼 귀금속 75% 줄였다”…KAIST, 수소 생산 효율 4배 높인 촉매 개발 작성일 10-28 47 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 루테늄 원자 3~4개 모아 반응성 극대화, 상용 백금 촉매와 동등한 성능<br>- 500시간 연속 가동에도 성능 저하 절반, 그린수소 생산비 절감 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="uwqklBIkYy"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9a076b075d4746465d613172926911e1570225083b8a849e863e1b3a22678111" dmcf-pid="7rBESbCEGT" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="귀금속 루테늄 원자를 활용한 고성능 수전해 촉매(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/ned/20261028082522696yons.png" data-org-width="958" dmcf-mid="pR7ACzsAXY" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/ned/20261028082522696yons.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 귀금속 루테늄 원자를 활용한 고성능 수전해 촉매(AI 생성 이미지).[KAIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="b52b1964a9da6ac2b5834e1d6438d041bcda939e1fbc8b8e4b48687f583bbdc7" dmcf-pid="zmbDvKhDGv" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 수소 생산에 필요한 비싼 귀금속 사용량을 75% 줄이면서도 기존 상용 촉매와 비슷한 성능을 내는 기술이 개발됐다.</p> <p contents-hash="53f9642a566aaebf461695c85bfdc1cc0027610a1293f710ac5f8f30b4f8687c" dmcf-pid="qsKwT9lwYS" dmcf-ptype="general">KAIST는 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 한국화학연구원, 한국기초과학지원연구원, 건국대와 공동으로 귀금속 루테늄(Ru) 원자를 활용한 고성능 수전해 촉매를 개발했다고 28일 밝혔다.</p> <p contents-hash="155853897a56d1e608ae45d6b7f732000b1e8d49728e9c6d9ee96f87fac83984" dmcf-pid="BO9ry2SrYl" dmcf-ptype="general">수전해는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술이다. 태양광·풍력 등 재생에너지로 생산한 전기를 활용하면 탄소 배출을 줄인 그린수소를 생산할 수 있다. 하지만 수소 생산 반응을 촉진하는 데 고가의 귀금속이 필요해 경제성 확보가 과제로 꼽혀왔다.</p> <p contents-hash="cf893acaa36673b6fd2b87fab3f5d162d74142fb15d4e38644b006a3be2e05fe" dmcf-pid="bmbDvKhD5h" dmcf-ptype="general">기존 귀금속 나노입자 촉매는 원자들이 덩어리로 뭉쳐 있어 내부 원자들이 반응에 제대로 참여하지 못하는 문제가 있었다. 반면 원자를 하나씩 분리한 단일원자 촉매는 원자 간 협력이 필요한 반응에서 성능 향상에 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="83d3fcff680261d11d97040f43e7384338c10e1b6c134c3a37d90310890d6277" dmcf-pid="KsKwT9lwGC" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 루테늄 원자 3~4개를 원자 한 층 두께로 모아 배치하는 ‘원자층 이웃체’ 구조를 구현했다. 원자들이 큰 덩어리로 뭉치는 것을 막으면서도 서로 협력해 수소 생산 반응을 촉진하도록 설계한 것이 핵심이다.</p> <p contents-hash="a3d5d963663753db52eab8eb930c0bbb55c8a6fe27884d95f47deb05755bda2e" dmcf-pid="9O9ry2SrXI" dmcf-ptype="general">특히 텅스텐 탄화물 지지체를 활용해 루테늄 원자들을 안정적으로 고정하고, 촉매 주변 물 분자의 연결 구조까지 개선했다. 이를 통해 수소 생성 반응을 더욱 빠르게 유도했다.</p> <p contents-hash="3e5c99e055a42e3e5d54cdee878e4bd603b6c873dd32900e8be2840344345241" dmcf-pid="2I2mWVvm5O" dmcf-ptype="general">성능도 확인됐다. 개발한 촉매를 실제 음이온 교환막 수전해 장치에 적용한 결과, 2.0볼트(V)에서 제곱센티미터당 9.82암페어(A/cm²)의 높은 전류밀도를 기록했다.</p> <p contents-hash="b614361a73474d69da03f0e955a9bd30444732ef324734d15d69ed31ddb06434" dmcf-pid="VCVsYfTsYs" dmcf-ptype="general">상용 백금 촉매보다 귀금속 사용량을 75% 줄이고도 비슷한 수소 생산 성능을 구현했다. 특히 귀금속 무게당 촉매 성능은 약 4배 높았다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b1a9cea6de164df3f8fca182c76d8547f2faea1d3316111bd4eb3d34863f2fbc" dmcf-pid="fhfOG4yO1m" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="김성빈(윗줄 왼쪽부터) KAIST 연구교수, 전현우 박사, 박지혜 박사, 김성준 한국화학연구원 김성준 박사. 문준희(아랫줄 왼쪽부터) 한국기초과학지원연구원 박사, 이장용 건국대학교 교수, 김형준, 이진우 KAIST 교수.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/ned/20261028082522901okyi.jpg" data-org-width="643" dmcf-mid="UeRy3e1yZW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/ned/20261028082522901okyi.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 김성빈(윗줄 왼쪽부터) KAIST 연구교수, 전현우 박사, 박지혜 박사, 김성준 한국화학연구원 김성준 박사. 문준희(아랫줄 왼쪽부터) 한국기초과학지원연구원 박사, 이장용 건국대학교 교수, 김형준, 이진우 KAIST 교수.[KAIST 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="4c499ab525a990d22311dce0947b4286f591de2f03b0c4b2aea89834e7e7b39a" dmcf-pid="4l4IH8WIYr" dmcf-ptype="general">내구성도 뛰어났다. 500시간 연속 작동 시험에서 성능 저하가 기존 백금 촉매의 절반 수준에 그쳤다. 귀금속 사용량뿐 아니라 촉매 교체와 유지관리 비용까지 줄일 가능성을 보여준 것이다.</p> <p contents-hash="5cce4020d4949fa2f585181027462c812ffce2ae47ac42467bea73220ddce09f" dmcf-pid="8S8CX6YC5w" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 기술이 그린수소 생산 설비의 경제성과 내구성을 동시에 개선할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다만 대규모 상용화를 위해서는 장기간 운전과 실제 산업 환경에서 추가 검증이 필요하다.</p> <p contents-hash="31e8a558bb9be5aafdb691ee66d4d15534a95140864eddcfd9ff48ffc7045ec4" dmcf-pid="6YMTFR5T1D" dmcf-ptype="general">김성빈 KAIST 연구교수는 “귀금속 원자 몇 개를 모아 배치하고 주변 물 분자의 반응 환경까지 개선해 적은 귀금속으로 높은 수소 생산 성능과 내구성을 확보했다”며 “향후 수소 생산 장치의 귀금속 사용량을 줄이고 다양한 촉매의 성능을 높이는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="49323787d98d5e0b690d812b188daea2ee183567fda71a981b4cc48149b65879" dmcf-pid="PGRy3e1yYE" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 9월 22일자 온라인판에 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 크리니티, PHP 보안 취약점 대응…자바 기반 메일 보안 기술 강조 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