이성철 한양대 화학공학과 교수팀이 버려지는 폐(廢)타이어를 이용해 낮은 비용으로 수소를 생산하는 방법을 개발하여 발표한 논문이 「Advanced Energy Materials」 2020년 5월호에 표지(Back Cover)로 선정·게재되었다.
- <뉴스H> 기사 : 2020.05.28 이성철 한양대 교수, 폐(廢)타이어로 수소경제 앞당겨
논문명
Corrosion and Alloy engineering in rational design of high current density electrodes for efficient water splitting
저자정보
이성철 교수(교신저자, 한양대학교),
연구배경
화석 연료의 유한성과 유가 상승, 지구온난화 문제로 전 세계가 친환경 대체 에너지 개발에 적극 나서고 있다. 물을 원료로 하는 수소를 에너지원으로 사용하는 방안도 이 중 하나다. 물은 지구상에서 무궁무진하므로 화석 연료가 가진 자원 고갈 문제를 해결할 수 있다. 물 자체가 오염물질을 배출하지 않으므로 환경오염 부분에서도 자유롭다. 화석 연료를 사용하지 않고 수소를 생산하는 기술로 잘 알려진 것은 물의 전기분해다. 그 중 전기화학적인 수소발생반응(hydrogen evolution reaction, HER)은 가장 중요한 방법이다. 이 반응을 이용해 수소를 효율적으로 생산하기 위해 과전압을 낮추는 촉매가 개발돼야 한다. 이런 기술의 중요성은 이미 미국, 일본, 독일을 비롯한 기술 선진국에 의해 상당히 연구돼 왔다. 지금까지 알려진 최고의 물 분해 촉매는 백금이다. 그러나 백금은 귀금속으로 많이 쓰이기 때문에 촉매로 상용화하기에 가격이 너무 높다. 이뿐 아니라 낮은 안정성도 문제점으로 지적되고 있다.
연구내용
본 연구팀은 수소/산소 발생용 물 분해 촉매로 백금의 한계를 인지하고 해결하기 위해, 값 싼 니켈-몰리브데늄 기반의 친환경 금속과 재활용 폐(廢)타이어 스테인레스강 기반 담지체 및 부식 합금 공학을 이용한 복합체를 제조했다. 이를 통해 (1)효율, (2)내구성, (3) 저전압, (4)가격경쟁력을 동시에 해결하는 데 성공했다.
기대효과
현재 많은 선진국이 정부 차원에서 미래청정 에너지원으로 수소를 고려하며, 수소산업의 중심에 있는 물 분해 촉매 개발에 힘쓰고 있다. 따라서 물 분해 촉매 및 폐자원 활용 의 연구방향을 제시한 본 연구 성과가 궁극적으로 상업화까지 이어질 경우”, 에너지 및 환경 문제를 해결하는 데 중요하게 기여할 것으로 사료된다.
용어설명
- Advanced Energy Materials : 재료과학 분야 세계 최고 권위 학술지(2018/2019 Impact Factor = 24.884).
- 촉매 : 화학 반응에 참여해 반응속도를 변화시키지만 그 자신은 반응 전후에 원래대로 남는 물질을 말한다. 역할에 따라 정촉매, 부촉매로 나뉘지만 일반적으로 활성화 에너지를 낮춰 반응이 잘 일어나도록 돕는 정촉매를 통상적으로 촉매라 일컫는다
- 과전압 : 전기분해에서 수소나 산소를 발생시킬 때, 이론적인 값보다 전압을 일정 수준으로 높여야 반응이 진행된다. 이때 더 요구되는 전압을 과전압이라 하며, 전기 에너지는 열손실로 이어지므로 기체를 생성하는 경우 과전압을 낮추는 기술이 요구된다.
그림설명
그림 1. MoNi4/SSW and Rs-SSW 제조 모식도.
그림 2. 산업 조건 (고농도, 고온, 고전류) 염기 용액에서의 촉매 침착 된 폐(廢)타이어 스테인레스강의 전기 화학 HER, OER 성능
