[조선비즈] 스테인리스를 인공 광합성 촉매로...KIST 연구진, 물 분해 촉매 기술 개발

국내 연구진이 스테인리스 스틸을 인공 광합성 물 분해 촉매로 응용하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 초보적인 기술 수준에 머물고 있는 인공 광합성 기술 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 스테인리스 스틸은 주방용품뿐만 아니라 자동차, 항공우주 구조물, 건설 재료 등에 광범위하게 활용된다.

한국과학기술연구원(KIST)의 청정에너지연구센터 민병권(사진)·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.

광합성은 식물의 나뭇잎이 태양빛을 흡수해 물과 이산화탄소로부터 탄화수소(포도당)를 만들어내는 것을 말한다. 인공 광합성은 자연 상태의 나뭇잎과 마찬가지로 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 고부가 화합물을 생산할 수 있는 미래 기술로 과학자들의 관심을 받고 있다. 인공 광합성을 활용하면 신약 원료 물질이나 수소와 메탄올과 같은 청정 연료도 생산할 수 있는 것으로 알려졌다.

인공 광합성은 기후변화에 대비해 고부가가치 화합물을 제조하는 데 매우 중요한 기술로 여겨지고 있지만, 세계적으로 기술 단계는 초보적인 수준에 머물고 있다.

인공 광합성 기술에는 크게 2가지 촉매 기술이 필요하다. 하나는 물을 분해해 산소를 만들어내는 촉매이고 나머지 하나는 이산화탄소를 환원시켜 화합물을 만드는 촉매 기술이다. 이 중 물을 분해해 산소를 만들어내는 반응을 유발하는 기술은 고성능 촉매가 개발되지 못한 상황이다. 기존에 개발된 ‘수전해’ 촉매는 강알카리성 수용액에서는 잘 작동하지만 인공 광합성을 할 수 있는 중성 수용액 조건에서는 촉매 성능이 현저하게 떨어지고 가격도 비싸다는 문제가 있었다.

KIST 연구진은 스테인리스 스틸에 여러 원소들이 섞여 있고 이 중 물 분해 촉매가 가능한 원소도 포함돼 있다는 점에 착안했다. 촉매가 가능한 원소들을 표면으로 뽑아내 간편한 방법으로 고성능 물 분해 촉매를 만들었다.

연구진은 미국철강협회(AISI) 304 제품(니켈 10%, 크롬 20% 포함) 스테인리스 스틸로 연구를 수행했다. 이 제품은 강알카리 수용액(수산화나트륨)에서 높은 전류를 흘려주면 철, 니켈, 크롬 등 스테인리스 스틸을 이루는 원소들이 녹아 나오게 되고 이 중 니켈이 표면에 재침전되면서 ‘NiOOH’라는 물질이 스테인리스 스틸 표면에 형성된다. 이 물질은 물 분해에 아주 효과가 좋은 촉매로 작용하는데, 연구진은 인공 광합성이 가능한 중성 수용액 환경에서 물 분해 효율을 보여줬다.

민병권 박사는 “이번 스테인리스 스틸 소재 기반 물 분해 촉매 기술은 저가 소재와 간단한 공정을 기반으로 대면적화, 대량생산에 유리하다”며 “향후 인공 광합성 기술의 상용화를 앞당기는데 큰 기여를 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.