노현석 교수팀, 페기물서 수소 생산 가능한 친환경 촉매 개발

노현석 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 폐기물에서 수소를 생산할 수 있는 친환경 촉매를 개발했다.

미래창조과학부는 노현석 연세대학교 환경공학과 교수팀이 폐기물에서 수소를 생산할 수 있는 벌집형태의 친환경 촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.
 
이번에 개발한 촉매는 크롬을 이용하는 기존 촉매보다 활성이 최대 4배 높고 독성을 띠지 않는 구리로 대체해 경제성과 친환경성 두 가지 측면에서 주목받고 있다.
 
이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업의 지원으로 수행됐고 연구결과는 화학분야 권위지 케미컬 커뮤니케이션즈지 7일자 표지 논문으로 게재됐다.

합성가스에 수증기를 반응시켜 고순도의 수소를 생산하는 공정에 이용되는 기존 철-크롬 촉매는 효율은 높지만 유독물질인 크롬을 사용하고 있어 이를 대체할 친환경적 촉매개발 연구가 활발했다.
 
폐기물에서 얻어지는 합성가스는 38%의 일산화탄소를 포함하고 있어 연료전지 등으로 활용하려면 일산화탄소의 함량을 10ppm 수준까지 낮춰 수소 순도를 높여야 해 합성가스를 고순도 수소로 전환시킬 촉매의 활성과 안정성이 관건이 된다.
 
연구팀은 크롬 대신 보다 친환경적인 구리를 적용한 벌집형 구조의 구리-철-알루미나 촉매를 개발했다.

크롬보다 독성은 적으나 활성이 낮은 구리의 단점은 지지체로 쓰는 다공성 알루미나를 벌집형으로 설계해 반응가스가 촉매의 활성점에 고르게 전달되도록 해 극복했다.

개발된 촉매는 기존 철-크롬 촉매보다 최대 4배 가량 활성이 높은 것으로 나타났다.
 
벌집구조는 촉매의 활성 이외에도 내구성에도 영향을 미쳤다.
 
기존 철-크롬 촉매의 경우 500oC에서 20시간 동안 활성이 10% 감소했으나 개발된 촉매는 동일조건에서 1% 만 줄었다.

이는 벌집구조가 철-구리간 상호작용을 강화시켜 고온에서 뭉치는 구리 특성을 완화해 촉매의 구조적 안정성을 높인데 따른 것이다.

개발된 촉매는 수명이 비교적 길어 공정운영 측면에서도 유리하다.

노 교수는 “고열량 폐기물로부터 차세대 연료인 수소를 경제적이고 친환경적으로 생산하기 위한 촉매의 기술적 장벽을 벌집형 구조의 알루미나로 극복해 수소경제 사회로의 조기진입을 위한 원천기술을 확보한 것에 의의가 있다”고 밝혔다.