울산과학기술원(UNIST) 연구진이 효모를 이용해 수소를 생산하는 방법을 개발했다.
김광수 자연과학부 교수팀은 폐기된 효모를 이용해 수전해 촉매 물질을 합성하는데 성공했다고 밝혔다.
수소는 지구상에서 가장 깨끗한 에너지 공급원이며 친환경적으로 얻으려면 물을 전기분해하면 되지만 물 분자 속 수소와 산소는 아주 강하게 결합하고 있어 분해하는데 도움을 주는 백금(Pt)이나 이리듐(Ir) 같은 촉매가 요구되고 있다.
그러나 귀금속 촉매는 희귀하고 고가일 뿐만 아니라 내구성이 떨어지는 문제가 있어 연구팀은 귀금속 촉매를 대체하면서 산소와 수소 발생 효율을 높일 촉매 소재로 폐기된 효모에 주목했다.
효모는 미생물이어서 쓰고 버려지더라도 탄소, 인, 황, 질소 같은 물질이 풍부해 전기 전도도를 높일 수 있고 다른 물질을 붙잡을 수 있는 작용기도 있어 금속 입자를 고정하는데 도움이 되는 것으로 알려졌다.
연구진은 버려진 효모를 지지체로 삼아 수소와 산소 발생을 촉진하는 2가지 촉매를 만들었다.
먼저, 수소 발생 반응이 일어나는 음극용 촉매로는 효모에 루테늄 금속 나노입자와 루테늄 단원자를 입힌 물질을, 산소 발생 반응을 위한 양극용 촉매로는 효모에 자철광을 입힌 물질을 각각 만들었다.
음극 촉매는 여러 전기·화학적 성능과 내구성에서 백금 촉매보다 매우 뛰어난 성능을 나타냈고 양극 촉매도 이리듐 촉매보다 훨씬 뛰어난 산소 발생 성능을 보였다.
특히, 2개 촉매를 적용한 물의 전기분해 시스템에서는 일반적인 건전지 수준의 전기에너지를 만드는 태양전지(1.74V 생산)를 이용해 충분한 물 분해 반응(최대 30mA의 전류밀도 기록)을 얻을 수 있었다.
또 해당 시스템은 태양전지로 생산한 전기에너지를 가하지 않고 태양광을 비추는 것만으로도 물을 산소와 수소로 분해한 것으로 알려졌다.
김광수 교수는 “폐기되는 효모는 친환경적이고 저렴한 소재일 뿐만 아니라 쉽게 구할 수 있는 바이오매스 물질”이라면서 “효모의 새로운 활용법을 제시하게 됐고 앞으로 수소 생산비용을 절감하는데 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 강조했다.
연구 성과는 과학저널 네이처 서스테이너빌러티(Nature Sustainability) 4월6일자에 게재됐다. (K)