LG화학이 그린수소 생산에 사용되는 핵심 전극의 수명을 기존보다 2배 이상 늘리는 기술을 개발했다. 고가 희귀금속인 이리듐 사용량도 절반 이하로 줄여 수전해 설비의 투자비와 유지보수 비용을 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 

▲ 그린수소 생산 핵심 소재인 수전해용 계면 안정화 촉매 기술을 개발한 LG화학 연구원들이 기념 촬영을 하고 있다[LG화학]

LG화학은 최고기술책임자(CTO) 산하 기반기술연구소 연구팀이 고분자전해질막(PEM) 수전해 전극의 성능과 내구성을 높이는 ‘계면 안정화 기술’을 개발했다고 26일 밝혔다.

이번 연구에는 한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 소재의 작동 원리를 규명하는 데 참여했다. 연구 결과는 지난 21일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

그린수소는 태양광과 풍력 등 재생에너지로 만든 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해해 생산한다. 생산 과정에서 탄소를 거의 배출하지 않아 탄소중립 시대의 핵심 에너지원으로 꼽힌다.

이 가운데 PEM 수전해는 전력 공급량이 자주 변하는 태양광·풍력 발전에도 빠르게 대응할 수 있고, 단위 면적당 수소 생산량이 많다는 장점이 있다.

하지만 전극에 비싼 희귀금속인 ‘이리듐’ 때문에 생산 비용에 제약이 있었다. 이리듐 사용량을 줄이면 제조 비용은 낮아지지만 장시간 운전 과정에서 촉매가 녹아 나오거나 전극 구조가 손상돼 성능이 빠르게 떨어질 수 있기 때문이다. 전극 교체 주기가 짧아지면서 설비 운영비가 증가하는 것도 상용화의 걸림돌이었다.

LG화학은 이리듐 촉매 표면에 원자 단위의 얇은 코팅층을 입혀 이러한 문제를 해결했다. 코팅층이 이리듐의 과도한 산화를 막아 촉매가 빠져나가는 현상을 억제하고, 전극 내부의 이온전도성 고분자와 촉매 사이의 결합력도 높이는 방식이다.

연구 결과 이리듐 사용량을 기존보다 절반 이상 줄이고도 높은 전류가 흐르는 조건에서 안정적으로 수소를 생산할 수 있는 시간을 2배 이상 늘렸다.

이 기술이 상용화되면 전극에 들어가는 이리듐 비용을 줄이는 동시에 전극 교체 주기를 늘릴 수 있어 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비와 유지보수 비용을 낮추는 데 도움이 될 전망이다.

LG화학은 실험실 단계의 기술 개발을 넘어 연속 생산 공정을 활용한 대면적 전극 제작과 성능 검증도 마쳤다. 이를 통해 전극의 대량 생산 가능성을 확인했으며, 현재 다수의 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행하고 있다.

LG화학은 평가 결과를 바탕으로 해당 전극의 상업화를 추진할 계획이다.

김노마 LG화학 기반기술연구소장 전무는 “글로벌 수전해 시스템 기업들과 제품 평가를 진행하고 있다”며 “전극 제품의 상업화를 목표로 후속 기술 개발을 이어갈 것”이라고 말했다.

심규석 LG화학 CTO 전무는 “이번 연구는 LG화학의 소재 기술 경쟁력이 세계적으로 인정받은 사례”라며 “차세대 수소 생산 기술 경쟁력을 확보하기 위한 연구개발을 지속해서 확대하겠다”고 밝혔다.

토요경제 / 양지욱 기자 yjw@sateconomy.co.kr 

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