(The researchers show a wafer coated in their new catalyst, which lowers the amount of electricity required to split water into hydrogen and oxygen under pH-neutral conditions. Credit: Tyler Irving/U of T Engineering)
토론토 대학의 연구팀이 물을 전기분해 하는 저렴한 촉매를 개발했습니다. 앞서 몇 차례 소개한 것처럼 물을 효과적으로 전기 분해하는 촉매를 개발하기 위해 많은 연구가 진행 중입니다. 물을 전기 분해하면 수소와 산소가 된다는 것은 모두가 아는 상식이지만 대부분 모르는 사실은 안정적으로 장시간 물을 전기 분해할 수 있는 촉매는 드물다는 것입니다. 따라서 사용하지 않는 전기는 그냥 버려지고 있습니다. 만약 저렴하게 대량의 물을 전기 분해 할 수 있다면 낭비되는 에너지를 유용한 수소로 만들 수 있습니다.
역시 많은 사람들이 모르는 부분이지만, 사실 수소는 현재도 산업용으로 쓰이고 있으며 가격이 저렴해지면 그 쓰임새는 더 넓어질 것입니다. 하지만 현재 산업용 수소의 대부분은 천연가스 같은 화석 연료에서 제조되기 때문에 가격도 비싸고 별로 친환경적인 에너지도 아닙니다. 따라서 많이 연구자들이 친환경적인 방법으로 수소를 대량 생산하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.
토론토 대학의 테드 서전트 교수 (Professor Ted Sargent) 연구팀은 저널 네이처 에너지에서 저렴한 소재인 구리, 니켈, 크롬으로 만든 전기 분해 촉매를 공개했습니다. 과거 개발된 고효율 촉매는 대부분 백금 기반으로 너무 비싸 경제성이 떨어졌지만, 구리-니컬-크롬 촉매는 훨씬 저렴해질 가능성이 있습니다. 연구팀에 따르면 이 촉매는 산성 환경이 아니라 중성 환경에서 잘 작동해 바닷물을 바로 분해할 수 있는 등 더 큰 가능성이 있습니다.
물론 경제적으로 수소를 대량 생산할 수 있으려면 촉매의 효율은 물론 내구성도 중요합니다. 수명이 짧아 매번 교체가 필요하면 경제성 확보가 쉽지 않을 것입니다. 모든 조건을 다 갖춘 촉매 개발은 만만치 않은 과제입니다. 연구팀은 750만 달러의 상금이 걸린 카본 X Prize 에 도전할 계획인데 과연 어떤 결과가 나올지 궁금합니다.
참고
Cao-Thang Dinh et al, Multi-site electrocatalysts for hydrogen evolution in neutral media by destabilization of water molecules, Nature Energy (2018). DOI: 10.1038/s41560-018-0296-8
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