마이크로파를 이용해 청정수소를 생산하는 기술이 개발됐다. 마이크로파 기반 접근법은 청정수소의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다. 

포스텍은 윤건수 물리학과·첨단원자력공학부 교수, 유재민 박사과정생, 진현규 기계공학과 교수, 이동규 통합과정생 연구팀이 청정수소 생산기술의 한계를 극복할 새로운 기술을 개발하고 연구 결과를 국제학술지 ‘재료화학회저널’ 내부표지 논문으로 발표했다고 15일 밝혔다. 

탄소 배출이 없는 청정수소는 화석연료를 대체할 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 물을 분해해 청정수소를 생산하는 공정에 많은 비용이 들고 에너지 효율은 낮아 상용화에 어려움이 있다. 

특히 수소를 분리해내는 금속산화물 산화-환원 반응의 열화학 공정은 약 1500℃에 달하는 고온 반응이 필요해 청정수소 생산의 제약이 되고 있다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 일상에서 사용하는 전자레인지의 에너지원인 마이크로파를 활용했다. 

마이크로파는 음식을 가열하거나 다양한 화학 반응을 일으키는 데 사용하는 에너지원이다. 연구팀은 마이크로파를 이용하면 가돌리늄(Gd)이 도핑된 세륨 산화물(CeO2)의 환원 온도를 600℃ 이하로 낮출 수 있다는 점을 입증했다. 마이크로파의 전기적 에너지는 산화-환원 반응에 필요한 열에너지의 75%를 대체해 에너지 효율을 높였다. 

마이크로파 기술은 물을 분해해 수소를 생산할 때 중요한 역할을 하는 ‘산소 공공' 형성에서도 강점을 보였다. 산소 공공은 산소 원자가 빠져나가 빈자리가 생긴 상태로, 이 빈자리는 전자의 흐름이나 화학 반응성을 높인다.

청정수소를 생산하는 기존 방식으로 산소 공공을 형성하려면 고온 환경이 필요하며 수 시간이 소요됐다. 반면 연구팀은 600℃ 이하의 온도에서 단 몇 분 만에 산소 공공을 만드는 데 성공했다. 고온에 의존했던 청정수소 생산 공정을 저온에서 실현 가능하도록 바꾼 것이다. 

진 교수는 “이번 연구는 기존 열화학적 수소 생산기술의 상용화 가능성에 변화를 일으킬 것”이라며 “마이크로파 기술을 활용한 새로운 물질 개발에도 큰 도움이 될 것”이라고 말했다. 

출처: 동아사이언스