물 대신 바이오매스 분해 과정서 수소 생산기술 개발

울산과기원 류정기 교수팀, 고부가가치 화합물·수소 생산 '일석이조'

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 폐목재 같은 바이오매스 분해 과정에서 생성되는 전자를 이용해 수소를 생산하는 기술을 개발했다.

류정기 에너지 및 화학공학부 교수팀은 바이오매스에 포함된 리그닌(Lignin)을 이용하는 ‘바이오 연료 시스템’을 개발했다고 20일 밝혔다. 바이오매스 분해로 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 추출된 전자로 수소까지 효과적으로 생산하는 ‘일석이조’ 시스템이다

일반적으로 수소는 물을 전기 분해해 얻는다. 물에 전압을 흘려서 수소와 산소를 동시에 생산하는 방식이다.

그러나 지금까지 기술로는 산소 발생 반응 속도가 느리고 복잡해 수소 생산 효율도 낮은 편이다. 수소 기체는 수소 이온이 전자를 얻어 만들어지는데, 이 전자가 산소 발생 반응에서 나오기 때문이다.

류 교수팀은 산소 발생 반응의 비효율을 줄일 방법으로 새로운 전자 공급원인 리그닌을 사용했다.

몰리브덴(Mo) 기반의 저렴한 금속 촉매로 리그닌을 분해해 고부가가치 화합물을 생산하고, 그 과정에서 생성되는 전자를 추출해 수소를 만드는 원리다. 이 시스템은 리그닌에서 나온 전자가 도선을 따라 수소 발생 반응이 일어나는 전극 쪽으로 이동하도록 설계돼 있다.

특히 이 시스템은 높은 에너지와 고가의 귀금속 촉매가 필요한 산소 발생 반응이 필요 없기 때문에, 일반적인 물 전기분해보다 적은 에너지로 수소를 생산할 수 있다.

류 교수는 “기본 방식에서는 1.5V 이상의 전압이 필요했지만, 새 시스템에서는 훨씬 낮은 0.95V 전압에서 수소를 생산했다”면서 “저렴한 촉매와 낮은 전압으로 수소와 함께 가치 있는 화학물질을 생산하는 기술로, 전기분해에서 산소 발생 반응을 대체할 방법을 제시했다는 의미가 크다”고 밝혔다.

이번 연구는 미국 화학회가 발행하는 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스'(ACS Catalysis) 이달 3일 자에 공개됐다.

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