조선대학교(총장 김춘성) 생명화학공학과 안성훈 교수 연구팀이 값비싼 백금(Pt)·이리듐(Ir) 전극을 대체할 수 있는 원가 절감형 수소 생산기술을 제시해 세계적 관심을 받고 있다.

이번 연구는 산업용 수소 생산의 핵심 기술인 수전해(물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 기술) 과정에서 ‘철솜(스틸울)’을 활용해 기존 대비 최대 99%의 원가 절감을 실현한 것이 특징이다.

▲ 안성훈 교수 연구팀 (좌측부터 김진홍, 이재희, 안성훈, 이소현, 김명준)

해당 논문 제목은 ‘Scalable Fe-Rich Corroded Steel Wool Electrodes for Industrial Anion Exchange Membrane Water Electrolysis with a Two-Order-of-Magnitude Cost Reduction’이며, 상위 4.5% 국제 저명 저널인 Advanced Functional Materials(Impact Factor 19.0)에 게재됐다.

연구팀은 일상에서 쉽게 구할 수 있는 철솜을 전극으로 재활용해 산업용 수전해의 새로운 해법을 제시했다. 철솜을 부식(산화) 공정으로 처리하면 표면에 니켈–철 촉매층이 형성되어, 고가의 귀금속 없이도 고온·고전류 환경에서 안정적이고 효율적인 수소 생산이 가능하다.

또한 섬유형 다공성 구조 덕분에 전류 흐름이 원활하고 기포 배출이 용이해, 기존 전극보다 에너지 손실이 적다. 실제 수전해 장치에서도 30암페어 이상의 전류를 400시간 이상 안정적으로 유지하며 탁월한 내구성을 입증했다.

이번 연구는 학부연구원들이 주도해 수행된 단독 연구라는 점에서도 의미가 크다. 장신영(졸업생), 김진홍(4학년) 학부연구원이 각각 제1저자와 공동저자로 참여했으며, 연구의 전 과정이 조선대학교 연구실 내에서 수행됐다.

안성훈 교수 연구팀은 지난 1월에도 같은 저널에 ‘Integration of Pre-Activated Carbon-Fabric Layers for Ampere-Hour-Scale Quasi-Solid-State Pouch-Type Zinc–Air Batteries’ 논문을 게재한 바 있으며, 당시에도 이아연, 이재희 학부연구원이 공동 저자로 참여해 학부 중심 연구팀이 연이어 세계 상위 저널에 게재되는 성과를 거뒀다.

이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 기계·화학·전기화학 융합형 차세대 수소에너지 연구로 평가된다.

안성훈 교수는 “이번 연구는 값싼 철 소재를 재활용해 산업용 수전해 시스템에 직접 적용할 수 있는 ‘철 기반 상용형 수소 전극’을 제시한 것”이라며, “향후 국내외 기업과의 기술 이전 및 시제품 개발을 통해 그린수소 생산 비용을 획기적으로 낮출 기반이 될 것”이라고 밝혔다.