스테인리스로 인공광합성 촉매 기술 개발

스테인리스로 인공광합성 촉매 기술 개발

  • 철강
  • 승인 2017.09.11 16:11
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기자명 박성수 sspark@snmnews.com
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이산화탄소 흡수해 기후변화 대응 기술로 각광
인공광합성 기술, 비용 문제로 초보단계 머물렀으나 STS소재 통해 비용 절감

  국내 연구진이 주방용품과 자동차, 비행기 등의 소재로 쓰이는 스테인리스 스틸을 인공광합성을 위한 촉매로 응용하는 기술 개발에 성공했다.

▲ 민병권(왼쪽)·황윤정 KIST 청정에너지연구센터 박사(사진=한국과학기술연구원 제공)


  한국과학기술연구원(KIST)의 청정에너지연구센터 민병권·황윤정 박사 연구팀은 크롬 또는 니켈 등을 가하여 녹을 슬지 않도록 한 합금강 중 하나인 스테인리스 스틸로 인공 광합성 물 분해 촉매에 응용하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
▲ 일반적 스테인리스 포일의 표면 모습 (우측 하단)과 물 산화 촉매 활성이 높은 스테인리스 스틸 포일의 표면 모습 (좌측 상단)


  인공광합성 기술은 나뭇잎과 마찬가지로 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 직접 고부가치의 화합물을 생산하는 기술이다. 나뭇잎이 물과 이산화탄소로 포도당을 만들어내는 ‘광합성’ 과정과 유사해 ‘인공광합성’이라는 이름이 붙었다. 인공 광합성을 활용하면 신약 원료 물질이나 수소와 메탄올과 같은 청정 연료도 생산할 수 있는 것으로 알려졌다.

  이 기술은 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 흡수해 기후변화 대응 기술로 주목받고 있다. 이 기술의 핵심 중 하나는 물을 분해해 산소를 만드는 촉매이다. 물은 전기화학적으로 분해되어 산소와 수소이온을 생성하게 되는데 이때 많은 에너지를 필요로 한다. 촉매는 이러한 에너지 소비를 줄여주는 역할을 한다. 인공광합성 기술이 전 세계적으로 초보단계에 머물고 있는 이유는 인공광합성 기술을 상용화할 수 있을 정도로 가격이 낮으면서도 성능이 좋은 촉매가 아직 개발되지 않았기 때문이다.

  연구진은 스테인리스 스틸 속에 여러 원소들이 섞여 있고 이 중에는 물 분해 촉매로 쓸 수 있는 원소가 있다는 것에 착안해 이 소재로 촉매를 개발하기로 했다. 스테인리스 스틸은 부식을 줄이기 위해 강철에 탄소, 크롬, 니켈 등의 원소를 넣어 만든 합금이다.

  니켈이 10%, 크롬이 20% 함유된 스테인리스 스틸을 선택해 강한 알칼리성 수용액에 넣고 전류를 가하자, 니켈이 녹아 합금 표면에 NiOOH(니켈옥시하이드록사이드)라는 물질을 만들었다. 이 물질은 물을 분해하는 촉매로 쓸 수 있는 활성을 보였다. 강한 알칼리성 수용액에서 활성을 보이는 기존 촉매와 달리 중성 수용액에서도 높은 활성을 나타내는 것이 특징이다.

  민병권 박사는 "이번 스테인리스 스틸 소재 기반 물 분해 촉매 기술은 저가 소재와 간단한 공정을 기반으로 대면적화나 대량 생산에 유리하다"며 "앞으로 인공광합성 기술의 상용화를 앞당기는데 큰 기여를 할 것"이라고 말했다. 이번 연구는 KIST 기관고유사업으로 수행했으며 연구 결과는 지난 8월 31일 국제학술지 ‘재료화학A 저널’(Journal of Materials Chemical A)‘에 실렸다.



 

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