KIST, 사용량 절반 줄인 촉매 개발…"수소차 원가절감"
"그래핀으로 촉매 대체"…울산과기대도 가능성 제시
고분자 이용한 전해질막, 국산화 연구 등 활발
지난달 말 현대자동차가 세계 최초로 수소차 양산 계획을 발표하면서 수소 등을 사용하는 차세대 연료전지 기술이 주목받고 있다. 수소차는 수소와 산소를 각각 양극과 음극에 공급해 전기를 생산하는 연료전지를 이용해 주행한다. 유해가스 배출과 소음을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 자동차다. 하지만 차값이 1억원을 넘는 게 대중화의 걸림돌이다. 연료전지 가격이 차값의 40~60%를 차지하는 탓이다. 국내 연구진은 수소와 산소의 결합 반응을 일으키는 데 사용하는 촉매 물질인 백금의 사용량을 줄이고 미국 듀폰이 독점해 가격이 비싼 전해질막을 대체할 고분자 소재 개발에 적극 나서고 있다.
○백금 사용량 10분의 1로 낮춰라
연료전지의 핵심 부품 중 하나는 수소와 산소를 분해시켜 전기와 물로 만드는 촉매 장치다. 분해가 잘 되도록 백금을 촉매로 사용하는데 자동차 한 대당 70~90ｇ을 사용해야 해 원가만 1000만원에 달한다.
백종범 울산과학기술대(UNIST) 친환경에너지공학부 교수 연구팀은 꿈의 소재로 주목받는 그래핀을 촉매로 사용할 수 있는 가능성을 제시했다. 쇠구슬로 흑연을 고속 분쇄하는 그래핀 제작 공정에 특정 물질을 넣어 그래핀을 저렴하게 만들면서도 촉매 특성을 갖게 만든 것. 백 교수는 “이번에 만든 그래핀 촉매의 가격은 ㎏당 1만원에 불과하다”며 “자동차 1대에 들어가는 수소연료전지를 만들기 위해 사용하는 백금 촉매를 그래핀 촉매로 대체하면 가공비를 포함해 1000만원가량을 절감할 수 있다”고 설명했다.
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터는 백금 사용량을 절반 이하로 줄인 고성능, 고내구성 촉매 제조 기술을 개발했다. 백금과 다른 저가 금속을 합금하는 방법으로 원가를 낮추면서도 촉매 성능을 유지하는 기술을 개발한 것. 김형준 책임연구원은 “후속 연구를 통해 백금 사용량을 10분의 1까지 낮추는 게 목표”라고 말했다.
○전해질막 국산화도 과제
연료전지에는 연료극과 공기극을 분리시키고 수소이온이 잘 이동하게 해주는 전해질막이 필요하다. 하지만 이 소재는 미국 듀폰사가 사실상 독점해 가격이 쉽게 떨어지지 않고 있다. 국내 연구진은 듀폰의 불소수지계 소재 대신 탄화수소계 고분자를 이용해 전해질막을 제조하는 기술을 개발하고 있다. KIST는 관련 기술을 개발해 동진쎄미켐에 이전했으며 최근에는 사용 시간을 늘리는 연구에 집중하고 있다. 현재 개발한 탄화수소계 고분자 전해질막은 2000시간가량 사용할 수 있는데 차량을 7~8년 운행할 수 있는 5000시간대까지 끌어올려야 자동차 부품으로 시장성을 확보할 수 있다는 판단이다.
연료전지는 자동차뿐만 아니라 가정과 건물, 발전 분야 등 고정형으로도 쓰인다. 여기에는 생산과 취급이 어려운 수소 대신 메탄 등 천연가스를 연료로 사용하고 있다. 수소차와 달리 전기 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하는 등 친환경 장점이 희석되는 게 단점이다. 김 연구원은 “메탄을 사용하는 연료전지에서 나오는 이산화탄소를 포집하는 기술을 비롯해 물을 분해해 수소를 생산하는 등 수소를 보다 쉽게 얻을 수 있는 연구도 진행하고 있다”고 소개했다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)이 최근 발표한 ‘녹색기술 지식맵’에 따르면 한국은 수소차 양산에서는 가장 앞섰지만 연료전지 원천기술 경쟁력에서는 보완해야 할 점이 많은 것으로 드러났다. 2000년 이후 연료전지 관련 특허 출원 수에서 일본과 4배가량 격차를 보였고 특허 수준에서도 영국, 독일, 프랑스, 이탈리아, 캐나다에 비해 떨어지는 것으로 분석됐다.
김태훈 기자 taehun@hankyung.com
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"그래핀으로 촉매 대체"…울산과기대도 가능성 제시
고분자 이용한 전해질막, 국산화 연구 등 활발
지난달 말 현대자동차가 세계 최초로 수소차 양산 계획을 발표하면서 수소 등을 사용하는 차세대 연료전지 기술이 주목받고 있다. 수소차는 수소와 산소를 각각 양극과 음극에 공급해 전기를 생산하는 연료전지를 이용해 주행한다. 유해가스 배출과 소음을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 자동차다. 하지만 차값이 1억원을 넘는 게 대중화의 걸림돌이다. 연료전지 가격이 차값의 40~60%를 차지하는 탓이다. 국내 연구진은 수소와 산소의 결합 반응을 일으키는 데 사용하는 촉매 물질인 백금의 사용량을 줄이고 미국 듀폰이 독점해 가격이 비싼 전해질막을 대체할 고분자 소재 개발에 적극 나서고 있다.
○백금 사용량 10분의 1로 낮춰라
연료전지의 핵심 부품 중 하나는 수소와 산소를 분해시켜 전기와 물로 만드는 촉매 장치다. 분해가 잘 되도록 백금을 촉매로 사용하는데 자동차 한 대당 70~90ｇ을 사용해야 해 원가만 1000만원에 달한다. 백종범 울산과학기술대(UNIST) 친환경에너지공학부 교수 연구팀은 꿈의 소재로 주목받는 그래핀을 촉매로 사용할 수 있는 가능성을 제시했다. 쇠구슬로 흑연을 고속 분쇄하는 그래핀 제작 공정에 특정 물질을 넣어 그래핀을 저렴하게 만들면서도 촉매 특성을 갖게 만든 것. 백 교수는 “이번에 만든 그래핀 촉매의 가격은 ㎏당 1만원에 불과하다”며 “자동차 1대에 들어가는 수소연료전지를 만들기 위해 사용하는 백금 촉매를 그래핀 촉매로 대체하면 가공비를 포함해 1000만원가량을 절감할 수 있다”고 설명했다.
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터는 백금 사용량을 절반 이하로 줄인 고성능, 고내구성 촉매 제조 기술을 개발했다. 백금과 다른 저가 금속을 합금하는 방법으로 원가를 낮추면서도 촉매 성능을 유지하는 기술을 개발한 것. 김형준 책임연구원은 “후속 연구를 통해 백금 사용량을 10분의 1까지 낮추는 게 목표”라고 말했다.
○전해질막 국산화도 과제
연료전지에는 연료극과 공기극을 분리시키고 수소이온이 잘 이동하게 해주는 전해질막이 필요하다. 하지만 이 소재는 미국 듀폰사가 사실상 독점해 가격이 쉽게 떨어지지 않고 있다. 국내 연구진은 듀폰의 불소수지계 소재 대신 탄화수소계 고분자를 이용해 전해질막을 제조하는 기술을 개발하고 있다. KIST는 관련 기술을 개발해 동진쎄미켐에 이전했으며 최근에는 사용 시간을 늘리는 연구에 집중하고 있다. 현재 개발한 탄화수소계 고분자 전해질막은 2000시간가량 사용할 수 있는데 차량을 7~8년 운행할 수 있는 5000시간대까지 끌어올려야 자동차 부품으로 시장성을 확보할 수 있다는 판단이다.
연료전지는 자동차뿐만 아니라 가정과 건물, 발전 분야 등 고정형으로도 쓰인다. 여기에는 생산과 취급이 어려운 수소 대신 메탄 등 천연가스를 연료로 사용하고 있다. 수소차와 달리 전기 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하는 등 친환경 장점이 희석되는 게 단점이다. 김 연구원은 “메탄을 사용하는 연료전지에서 나오는 이산화탄소를 포집하는 기술을 비롯해 물을 분해해 수소를 생산하는 등 수소를 보다 쉽게 얻을 수 있는 연구도 진행하고 있다”고 소개했다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)이 최근 발표한 ‘녹색기술 지식맵’에 따르면 한국은 수소차 양산에서는 가장 앞섰지만 연료전지 원천기술 경쟁력에서는 보완해야 할 점이 많은 것으로 드러났다. 2000년 이후 연료전지 관련 특허 출원 수에서 일본과 4배가량 격차를 보였고 특허 수준에서도 영국, 독일, 프랑스, 이탈리아, 캐나다에 비해 떨어지는 것으로 분석됐다.
김태훈 기자 taehun@hankyung.com
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