촉매화학공정 비용 획기적 절감 기술 개발

김희연 에너지기술硏 박사팀

합금촉매 제조공정 단순화 성공

한국에너지기술연구원의 김희연 박사팀이 개발한 ‘단일 화학기상증착공정’ 과정. /사진제공=한국에너지기술연구원

전체 화학공정의 85%를 차지하는 촉매화학공정의 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 신기술이 개발됐다.

28일 한국에너지기술연구원에 따르면 김희연 박사팀은 한국과학기술원(KAIST), 영국 옥스퍼드대 연구팀과 함께 합금촉매의 제조가격을 낮추고 효율은 높인 ‘단일 화학기상증착공정’을 개발했다.

이번 기술의 핵심은 합금으로 구성된 촉매 제조 단계를 단순화하는 것이다. 연구팀이 개발한 공정은 기판 위에 얇은 막을 형성하는 화학기상증착법(CVD)을 이용, 촉매를 포함한 기체 상태의 원료물질을 짧은 시간 내에 낮은 온도에서도 나노합금입자로 합성할 수 있다.

기존에는 두 종류의 금속 결정을 입힌 촉매를 800도 이상 온도에서 열처리한 후 합금해야 하는 한계가 있었다. 반면 이번에 개발한 공정을 활용하면 두 종류의 촉매 원료물질을 기체로 만든 뒤 원자 상태에서 제어할 수 있어 기존 대비 200도 낮은 온도에서도 나노합금촉매를 합성할 수 있다. 하나의 반응기 안에서 합금촉매를 순차적으로 증착할 수 있어 합금촉매 합성공정이 한 단계로 단순화되고 제조원가를 크게 줄일 수 있다. 이 공정으로 제조된 연료전지용 백금-코발트 합금촉매는 기존 백금 합금촉매에 비해 백금 사용량을 5배 이상 줄였음에도 불구하고 성능은 6배 이상 높은 것으로 나타났다.



김 박사는 “후속연구를 통해 합금촉매의 대량생산공정을 개발할 계획”이라며 “이번에 개발한 공정을 활용하면 현재 95% 이상 수입에 의존하고 있는 국내 촉매 시장에서 국산 촉매의 활용도를 높일 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 권위 있는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 이달호 표지논문으로 실렸다.

/김창영기자 [e-mail]