<김우재 교수, 세계 최고 수준의 친환경 수소에너지 생산기술 개발>

현존 최고 기술보다 최대 1.7배 많은 생산량 달성…공정 중 온실가스 배출 없어

엘텍공과대학 화학신소재공학전공 김우재 교수 연구팀은 미국 컬럼비아대학교 박아형(Alissa Park) 교수팀과 공동으로 친환경 공정을 통해 미래 청정에너지원인 수소를 세계 최고 수준으로 생산하는 기술을 개발했다.

연구팀은 최근 수소 자동차 에너지원 등으로 각광받고 있는 수소를 온실가스 배출 없이도 기존보다 훨씬 많이 생산할 수 있는 친환경 기술을 개발하는 데 성공했다. 해당 연구는 ‘해조류로부터 CO2-free 고순도 수소를 생산하는 알칼리열화학촉매공정(Alkaline Thermal Treatment of Seaweed for High-purity Hydrogen Production with Carbon Capture and Storage Potential)’이라는 제목으로 7월 29일(수) 세계적으로 권위 있는 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. (논문 링크: https://rdcu.be/b5VTm)

우주 질량의 75%를 차지하는 수소는 수소경제의 핵심적인 친환경 에너지이지만 정작 실온에서 기체 상태로 존재하는 비율은 0.00005%에 불과하다. 이처럼 수소는 독립적으로 존재하는 경우는 거의 없기 때문에 수소를 포함하는 화합물(물, 메탄가스, 바이오매스 등)로부터 추출하는 기술이 절대적으로 필요하다. 기존의 전기로 물을 분해해 수소를 생산하는 ‘수전해’ 방식은 비용이 많이 들고, LNG(메탄가스)와 추출수소를 이용하는 방식은 각각 이산화탄소(CO2) 배출과 생산량의 한계가 지적됨에 따라 이들 문제를 극복할 수 있는 새로운 그린수소 생산기술이 필요한 실정이다.

김우재 교수 연구팀은 기존 육상 바이오매스(벼, 옥수수 등)보다 이산화탄소 흡수율이 21배나 높은 해상 바이오매스(해조류 등)를 재생에너지원으로 사용하고, 알칼리열화학촉매공정을 활용하여 수소를 생산하는 방식을 개발했다. 이는 바이오매스가 지닌 수소원소 85% 이상을 고순도 수소기체 형태로 추출하여 1g 바이오매스 당 1.5L 이상의 그린수소를 생산할 수 있는 혁신적인 생산기술이다. 수소 생산량 또한 현존 바이오매스로부터 생산할 수 있는 최대치보다 170% 이상 많아짐으로써 세계 최고 수준의 수소 생산이 가능해졌다.

특히 연구팀의 생산기술은 수소 이외에 온실가스인 이산화탄소 배출이 거의 없어 친환경적이면서도, 연료전지 촉매를 피독시키는 일산화탄소를 전혀 생산하지 않아 특별한 후처리 공정 없이도 연료전지 자동차에 직접 활용할 수 있는 장점이 있다. 기존 수소 생산 공정과 비교하여 공정비도 28% 이상 저렴하게 생산 가능하므로, 차세대 그린수소 생산 방법으로 기대된다.

김우재 교수는 “해조류뿐만 아니라 다양한 육상-해상 바이오매스 모두에 적용 가능하면서도 경제성이 탁월한 ‘새로운 CO2-free 저가 그린수소 대량생산 기반기술’ 개발이 우리나라가 수소경제 선진국가로 도약하는 데 큰 기여를 하게 되길 기대한다”고 본 연구 의의를 밝혔다.