국내 연구진이 스테인리스 스틸을 인공광합성 촉매로 응용하는 기술을 개발했다. 물과 이산화탄소로부터 고부가 화합물을 얻는 '꿈의 기술' 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권)은 민병권, 황윤정 청정에너지연구센터 박사팀이 스테인리스 스틸을 인공광합성 물 분해 촉매로 응용하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
스테인리스 스틸은 주방용품, 생활용품 소재로 친숙한 합금이다. 강철의 녹을 방지한다. KIST 연구팀은 이를 완전히 새로운 분야에 적용했다.
인공광합성은 태양광을 이용해 물과 이산화탄소로부터 고부가 화합물을 얻는 기술이다. 기후변화에 대응하면서 부가가치를 창출하는 '꿈의 기술'로 많은 관심을 받았다. 아직 개발 초기 단계다.
두 가지 촉매 기술이 중요하다. 물을 분해해 산소를 만들어내는 촉매, 이산화탄소를 환원해 화합물을 만드는 촉매가 필요하다. 물 분해 촉매 기술 난도가 더 높다. 아직 고성능 촉매가 없다.
기존 수전해 촉매는 강알칼리성 수용액에서는 잘 작동하지만 중성 수용액 환경에서 성능이 떨어진다. 인공광합성은 중성 수용액 조건에서 수행된다. 저가 촉매가 없다는 문제도 있다.
연구팀은 스테인리스 스틸에 여러 원소가 섞여 있고, 이 중 물 분해 촉매 활성이 큰 원소도 포함됐다는 점에 착안했다. 이 원소를 표면에 석출하는 간단한 방법으로 고성능 물 분해 촉매를 제조했다.
미국철강협회(AISI) 304 스테인리스 스틸을 사용했다. 니켈10%, 크롬 20%를 포함한다. 강알칼리 수용액에서 높은 전류를 흘려주면 철, 니켈, 크롬이 나온다. 이 중 니켈이 재침전하면서 스틸 표면에 형성되는 니켈옥시하이드록사이드(NiOOH)가 촉매다.
이렇게 만들어진 촉매는 중성전해질 환경에서 현존 최고 수준 효율을 보였다. 연구팀은 촉매가 중성 수용액 조건에서 작동하는 인공광합성 시스템에 활용될 수 있다고 봤다.
민병권 KIST 박사는 “저가 소재와 간단한 공정을 기반으로 대면적화, 대량생산에 유리하다”면서 “인공광합성 기술의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 기대했다.
연구 결과는 국제 과학전문지 '저널오브머티리얼즈 케미스트리A'에 실렸다. 과학기술정보통신부 지원을 받은 KIST 기관고유사업으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com