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수소 생산 효율을 기존보다 30배 이상 높일 수 있는 새로운 광촉매가 개발됐습니다.
현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단장 팀은 남기태 미래소재디스커버리연구단장(서울대 교수)·김형준 카이스트 교수팀과 함께 효소와 유사한 원리로 수소 생산 효율을 높일 수 있는 새로운 광촉매를 세계 최초로 개발했다고 밝혔습니다.
연구진은 광촉매인 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서, 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매를 개발했습니다. 효율이 높은 균일촉매와 저렴하고 재활용이 가능한 불균일촉매의 장점만을 결합한 새로운 촉매입니다.
(* 불균일촉매는 반응물과 생성물이 기체나 액체 상태인 것과 달리 고체 상태로 형태가 다른 것을 말합니다. 촉매와 반응물, 생성물이 동일한 형태로 용매에 녹아있는 균일 촉매와 구분됩니다.)
연구진은 개발된 촉매가 구리와 이산화티타늄이 전자를 주고받는 상호작용을 진행하고, 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 촉매반응에 참여한다는 사실을 밝혔습니다.
연구진은 개발한 촉매를 물과 메탄올을 섞은 용액에 넣어 수소를 발생시키는 방법으로 촉매 활성도를 측정했습니다.
상온과 상압에서 태양광을 모사한 빛을 쪼였더니, 구리/이산화티타늄 촉매는 빛 에너지의 40% 이상을 수소 전환에 사용했고, 기존 이산화티타늄 광촉매보다 시간당 33배 더 많은 수소를 생산해냈습니다. 기존에 성능이 가장 우수한 값비싼 백금/이산화티타늄 광촉매와 비슷하게 뛰어난 성능을 보였습니다.
현택환 단장은 "개발된 촉매를 물이 햇빛을 받아 수소를 생산하는 광촉매반응에 적용하면, 상온·상압에서도 안정적이고 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있게 되었다"고 밝혔습니다.
연구진은 새로운 촉매가 고체인 불균일 촉매인 만큼 다시 회수해 반영구적으로 사용할 수 있어 친환경적이라며, 이번 연구 결과가 수소 생산은 물론 촉매를 사용하는 화학 공정에서도 생산성을 향상할 수 있을 것으로 기대했습니다.
이번 연구 성과는 재료분야 최고 권위의 학술지 '네이처 머터리얼스(Nature Materials)' 온라인판에 23일 게재됐습니다.
[사진 출처 : 과학기술정보통신부 제공]
홍화경 기자 (vivid@kbs.co.kr)
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두산중공업이 창원시의 수소에너지 순환시스템 실증단지 조성 사업의 일환으로 국내 최초로 수소액화플랜트를 조성하고 실증사업에 나선다.
두산중공업은 23일 경남 창원 본사에서 창원시, 창원산업진흥원과 수소액화 및 저장장치 실증사업 추진을 위한 양해각서를 체결했다고 밝혔다. 협약식에는 허성무 창원시장, 양치훈 창원산업진흥원본부장, 정연인 두산중공업 대표 등이 참석했다.
이번 협약에 따라 창원시와 창원산업진흥원은 부지 공급, 예상 확보, 수소에너지 순환시스템 실증단지 연계 등을 지원할 예정이다. 두산중공업은 수소액화 플랜트를 EPC(설계·조달·시공 일괄) 방식으로 건설하고 두 기관과 함께 유지보수 업무를 수행한다.
창원시 성주동 부지에 준공될 수소액화 플랜트는 하루 0.5t의 액화수소를 생산하게 된다. 여기에서 생산되는 액화수소는 수소충전소 등에 공급될 예정이다. 수소는 영햐 253도에서 액화된다. 액화수소는 기체수소에 비해 부피가 800분의 1로 줄어 저장과 운송이 용이하다. 또 수소충전소의 저장탱크 크기가 작아져 충전소 건설에 필요한 부지를 줄이는 등 운영비 절감의 장점도 있다.
정연인 두산중공업 대표는 "국내에서 처음으로 수소액화플랜트를 공급하게 된 만큼 실증에 성공할 수 있도록 최선을 다할 것"이라며 "액화수소 기반을 구축해 수소 경제 인프라 확충과 활성화에 기여하겠다"고 말했다.
정부는 지난 1월 수소경제 활성화 로드맵을 발표하고 2040년까지 연간 526만t의 수소를 공급하겠다는 목표를 제시했다. 두산중공업은 수소충전소 주요 설비인 고압저장탱크와 열교환기 등의 개발을 완료하고 수소충전소 4곳에 열교환기를 공급했다.
[전경운 기자]
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