[투데이에너지 장재진 기자]
태양광, 풍력 등 변동성이 큰 재생에너지를 활용하여 수소를 생산하는 그린 수소 시스템에서는 수전해 장치의 부하가 일정하지 않아 촉매의 성능 저하 문제가 중요한 과제로 여겨져 왔다.
한국과학기술원(KAIST) 연구진이 이러한 전력 부하 변동 환경에서도 수전해 촉매의 실질적인 열화 정도를 정량적으로 평가하고 수명을 예측할 수 있는 세계 최초의 방법론을 제시하여 주목받고 있다.
KAIST는 생명화학공학과 정동영 교수 연구팀은 물을 전기 분해하여 탄소 배출 없이 수소를 생산하는 수전해 장치의 핵심 부품인 촉매가 시스템의 반복적인 작동 및 정지(on/off) 과정에서 발생하는 열화 현상을 규명했다고 21일 밝혔다.
연구팀은 특히, 시스템이 꺼지거나 낮은 부하로 운전될 때 발생하는 촉매 및 지지체의 성능 저하 현상에 주목했다.
연구팀은 이러한 촉매 열화 현상을 정량화하여 평가할 수 있는 새로운 지표인 '운영 안정성 지수(Operational Stability Factor, OSF)'를 개발했다. 운영 안정성 지수는 수전해 장비가 동적으로 운전될 때 촉매가 얼마나 손상되는지를 수치(0%~100%)로 나타낸다. 예를 들어, 운영 안정성 지수가 100%라면 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않음을 의미하며 99%라면 시스템이 반복될 때마다 촉매가 1%씩 손상된다는 것을 뜻한다.
정동영 교수는 이번에 개발된 운영 안정성 지수에 대해 "수전해 촉매의 장기 수명을 수치로 예측할 수 있는 강력한 평가 기준"이라며 "향후 촉매 내구성 진단을 위한 국제 표준으로 발전할 가능성이 크다"고 밝혔다.
이 지표를 활용하면 촉매의 내구성을 고려한 최적의 운전 조건을 설정하고, 장기간 안정적으로 수전해 시스템을 운영하기 위한 전략을 수립하는 데 중요한 기준으로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
이번 연구 결과는 KAIST 생명화학공학과 박사과정 김진엽 연구원이 제1 저자로 참여했으며, 에너지 분야의 권위 있는 국제 학술지인 '에이시에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)' (IF=19.3)에 5월 2일 자로 게재됐다.
■ 용어 설명
ㆍ수전해 정치(Water Electrolyzer)= 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산하는 장치로 탄소 배출 없이 수소를 생산할 수 있어 그린 수소 생산의 핵심 기술로 주목받고 있다.
ㆍ운영 안정성 지수(operational stability factor) = OSF는 부하 변동 구간에서 수전해 촉매가 얼마나 녹아 없어졌는지를 수치로 계산해주는 개념이다. 예를 들어, OSF가 100%이면 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않는다는 뜻이고, 99%이면 매번 시스템이 꺼질 때마다 1%씩 촉매가 손상된다는 의미이다.