국내 연구진이 마이크로파를 이용해 청정수소를 생산하는 기술을 개발했다.
포항공과대(POSTECH) 물리학과·첨단원자력공학부 윤건수 교수, 기계공학과 진현규 교수 연구팀은 마이크로파를 이용해 청정수소 생산기술의 한계를 극복할 기술을 개발했다.
세계적으로 화석연료를 대체할 청정에너지 기술 개발이 절실한 가운데 탄소 배출이 없는 청정수소가 중요한 에너지원으로 주목받고 있으나 물을 분해해 생산하는 공정은 높은 비용과 낮은 에너지 효율로 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 특히 금속 산화물의 산화-환원 반응을 활용한 열화학 공정은 섭씨 1500도에 달하는 고온이 필요해 현실적인 도입에 제약이 많다.
연구팀은 한계를 극복하기 위해 일상에서 사용하는 전자레인지의 에너지원인 마이크로파를 활용해 가돌리늄(Gd)이 도핑된 세륨 산화물(CeO2)의 환원온도를 600도 이하까지 낮출 수 있음을 입증했다. 마이크로파의 전기적 에너지가 반응에 필요한 열에너지의 75%를 대체할 수 있음을 보여주는 결과로 파악된다.
또 마이크로파 기술은 물을 분해해 수소를 생산하는데 매우 중요한 산소 공공 형성에서도 강점을 보였다.
기존 방식에서는 금속 산화물 내부의 산소가 환원 반응을 통해 빠져나가며 산소 공공이 형성되나 고온에서 몇 시간이 걸리는 과정이었다.
그러나 연구팀은 600도 이하의 온도에서 단 몇분만에 산소 공공을 만드는데 성공했으며 화학 평형 모델로 메커니즘을 분석함으로써 고온에 의존했던 청정수소 생산공정을 저온에서 실현했다.
진현규 교수는 “기존 열화학적 수소 생산 기술의 상용화 가능성에 변화를 일으킬 연구”라며 “마이크로파 기술을 활용한 새로운 물질 개발에도 큰 도움이 될 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 소재 분야 국제학술지 Journal of Materials Chemistry A의 내부 표지 논문으로 게재됐다. (강)