한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 정동영 교수 연구팀이 수전해 장치의 촉매 수명을 예측할 수 있는 평가 지표를 처음으로 개발했다고 21일 밝혔다.

수전해 장치는 물을 전기분해 해 수소를 분리하는 장치이다.

태양력·풍력 등 재생에너지를 활용해 수전해 방식으로 만들어내는 그린 수소는 생산 과정에서 탄소를 배출하지 않아 청정 연료로 불린다.

다만 간헐성과 불안정성이 높은 재생에너지 특성상 발전량이 불규칙해 수전해 장치의 부하 변동이 잦고 정지 상태가 빈번하게 일어난다는 한계가 있다.

촉매 수명 평가를 통해 안정성을 높이려는 연구가 시도되고 있지만, 실제 운전 환경을 충분히 반영하지 못했다.

연구팀은 재생에너지 연계 수전해 시스템의 실질적인 운전 환경을 반영하기 위해 고부하와 저부하가 반복되는 조건을 설정, 시스템 정지·저부하 구간에서 발생하는 촉매 열화(성능 저하) 현상을 규명했다.

이어 수전해 장비가 반복적으로 작동·정지하는 과정에서 일어나는 열화 정도를 정량적으로 평가할 수 있는 지표인 '운영 안정성 지수'를 제안했다.

이 지수가 100%면 부하 변동 중에도 촉매가 전혀 손상되지 않는다는 뜻이고, 99%면 매번 시스템이 꺼질 때마다 1%씩 촉매가 손상된다는 의미다.

정동영 교수는 "수전해 시스템에 적합한 고내구성 촉매를 선별하고, 실제 운전 조건에 최적화된 촉매를 설계하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '에이시에스 에너지 레터스' (ACS Energy Letters) 지난 2일 자에 실렸다.