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기자는 8월 3일 난카이대학교에서 난카이대학교 전자정보광공학부의 뤄징산(Luo Jingshan) 교수팀과 스페인 바스크대학교 과학연구팀이 다음과 같은 연구에서 중요한 진전을 이뤘다는 소식을 들었다. 전기촉매를 통해 물을 분해하여 수소를 생산합니다.

합동팀은 금속 담체의 상호작용을 이용해 알칼리 조건에서 활성이 높은 수소 발생 촉매를 구축한 것으로 파악됐다. 이 촉매는 제곱센티미터당 5암페어의 높은 전류밀도에서 1,000시간 이상 안정적으로 작동해 상업적 수요를 충족할 수 있다. 음이온 교환막 전기분해 물 전기분해 수소 생산 기술 화학 응용 수요 충족을 위한 관련 연구 결과가 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.

저탄소, 효율적이고 깨끗한 에너지인 수소 에너지는 글로벌 에너지 전환과 기후 변화 해결에 중요한 역할을 합니다. 물을 전기분해해 재생에너지로 수소를 생산하는 것으로 대표되는 그린수소는 생산과정에서 온실가스를 배출하지 않으며, 탄소중립 목표를 달성하기 위한 중요한 경로 중 하나로 널리 알려져 있다.

Ru NPs/TiN 합성의 개략도. (사진=인터뷰자 제공)

현재 물의 알칼리 전기분해(ALK)와 물의 양성자 교환막 전기분해(PEM)라는 두 가지 전해수 수소 생산 기술이 상대적으로 높은 비중을 차지하고 있다. 그 중 ALK 수소 생산 기술은 생산 비용이 저렴하고 산업화가 성숙되어 있지만, 생산되는 수소의 순도가 높지 않고 에너지 효율도 낮다. PEM 수소 생산 기술은 에너지 효율이 높고 고순도 수소를 생산하지만 비용이 많이 든다. 음이온교환막(AEM) 수소생산 기술은 두 가지 장점을 결합한 3세대 수전해 수소생산 기술로 꼽힌다. 전해조는 높은 전류 밀도에서 작동해야 합니다. 시스템 안정성이 부족하면 산업 응용이 제한됩니다.

Luo Jingshan은 높은 전류 밀도 하에서 긴 수명과 안정적인 성능을 갖춘 촉매를 개발하는 것이 AEM 수소 생산 기술에서 시급히 해결해야 할 핵심 문제 중 하나라고 소개했습니다.

"우리는 질화티탄이 지지된 루테늄 나노입자 촉매를 사용하여 AEM 전해조를 조립했는데, 이는 성능 저하가 거의 없이 제곱센티미터당 1, 2, 5암페어의 전류 밀도에서 1,000시간 이상 안정적으로 작동할 수 있다고 첫 번째 논문에서는 밝혔습니다." 저자 Zhao Jia, 2021년 난카이대학교 전자정보광공학부 박사과정 학생.

"제곱센티미터당 5암페어의 산업 등급 전류 밀도에서 우리의 연구 결과는 AEM 전해조에서 효율적이고 안정적으로 작동하여 촉매 불안정성 문제를 극복하고 AEM 수소 생산의 대규모 상업적 적용 요구를 충족할 수 있습니다. Luo Jingshan 앞으로도 팀은 녹색 수소 제조 기술의 독립적인 연구 개발에 지속적으로 투자하고, 가능한 한 빠른 시일 내에 과학 기술 성과의 전환과 구현을 촉진하며, 탄소 제로 구축에 기여할 것입니다. 저렴하고 안전하며 신뢰할 수 있는 녹색 수소 에너지 공급 시스템." (장젠신 기자, 바이지알리 기자)