UNIST(울산과학기술원)는 김건태 에너지화학공학과 교수 연구팀이 온실가스를 수소로 변환시키는 고효율 촉매를 개발했다고 9일 발표했다.그동안 온실가스인 메탄·이산화탄소로 수소를 만드는 메탄 건식 개질 반응에는 니켈(Ni) 금속 복합체가 주로 촉매로 쓰였다. 이 촉매는 오래 쓰면 성능이 떨어지고 수명이 짧은 단점이 있다. 고온에서 촉매끼리 뭉치거나 반응이 반복되면 촉매 표면에 탄소가 쌓이기 때문이다.
연구진은 촉매 역할을 하는 핵심 물질인 니켈이 표면으로 더 잘 올라오도록 하는 방법을 고안했다. 균일하고 미세한 철 박막을 입힐 수 있는 원자층 증착법 기술을 이용해 원하는 금속을 더 많이 용출시켜 반응을 촉진하는 방식이다.
니켈은 복합체 밖으로 나가려는 성질이 강하고 철은 안으로 들어가려는 성질이 강해 두 물질이 자리를 바꾸게 되는 원리다. 새롭게 올라온 니켈 때문에 입자 간 뭉침이나 표면에 탄소가 쌓이는 현상이 억제되고 밖으로 나온 니켈이 철과 결합해 반응성이 더 좋아지는 효과가 있다.
성아림 에너지공학과 연구원은 “철 박막을 20회 반복해서 입혔을 때 촉매 단위 면적당 400개가 넘는 나노 입자(철-니켈 합금)가 생겨나 촉매 반응성이 높아졌다”고 설명했다. 새로운 나노 촉매를 사용한 메탄 변환 성능은 700도에서 70% 이상 높은 변환 효율을 보였고 안정성도 400시간 이상을 유지했다.
김건태 교수는 “기존 전극 촉매보다 변환 효율이 두 배 이상 뛰어난 결과를 보였다”며 “이번에 개발한 촉매가 연료전지 등 다양한 에너지 변환 기술 발전에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
울산=하인식 기자 hais@hankyung.com