온실가스를 수소로…UNIST '고효율 촉매' 개발

니켈에 철 박막 입혀 단점 보완
기존보다 효율 두배 이상 높아

UNIST 에너지화학공학과 연구팀의 성아림 연구원(왼쪽부터), 김건태 교수, 주상욱 연구원. UNIST 제공

UNIST(울산과학기술원)는 김건태 에너지화학공학과 교수 연구팀이 온실가스를 수소로 변환시키는 고효율 촉매를 개발했다고 9일 발표했다.

그동안 온실가스인 메탄·이산화탄소로 수소를 만드는 메탄 건식 개질 반응에는 니켈(Ni) 금속 복합체가 주로 촉매로 쓰였다. 이 촉매는 오래 쓰면 성능이 떨어지고 수명이 짧은 단점이 있다. 고온에서 촉매끼리 뭉치거나 반응이 반복되면 촉매 표면에 탄소가 쌓이기 때문이다.

연구진은 촉매 역할을 하는 핵심 물질인 니켈이 표면으로 더 잘 올라오도록 하는 방법을 고안했다. 균일하고 미세한 철 박막을 입힐 수 있는 원자층 증착법 기술을 이용해 원하는 금속을 더 많이 용출시켜 반응을 촉진하는 방식이다.

니켈은 복합체 밖으로 나가려는 성질이 강하고 철은 안으로 들어가려는 성질이 강해 두 물질이 자리를 바꾸게 되는 원리다. 새롭게 올라온 니켈 때문에 입자 간 뭉침이나 표면에 탄소가 쌓이는 현상이 억제되고 밖으로 나온 니켈이 철과 결합해 반응성이 더 좋아지는 효과가 있다.

성아림 에너지공학과 연구원은 “철 박막을 20회 반복해서 입혔을 때 촉매 단위 면적당 400개가 넘는 나노 입자(철-니켈 합금)가 생겨나 촉매 반응성이 높아졌다”고 설명했다. 새로운 나노 촉매를 사용한 메탄 변환 성능은 700도에서 70% 이상 높은 변환 효율을 보였고 안정성도 400시간 이상을 유지했다.

김건태 교수는 “기존 전극 촉매보다 변환 효율이 두 배 이상 뛰어난 결과를 보였다”며 “이번에 개발한 촉매가 연료전지 등 다양한 에너지 변환 기술 발전에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com