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지금까지 녹색 수소 생산 공정은 비용이 많이 들어 담수에 의존해왔다. 또 전해질은 현재 값비싼 촉매를 사용하여 많은 에너지와 물을 소비하는 단점이 지적되어왔다. 그러나 수소 1kg을 만드는 데 약 9ℓ 정도의 물이 소요된다는 것이 대학 연구원들의 시험결과에서 확인됐다.
수소는 제조, 항공, 해운 분야 등 탄소를 제거하기 어려운 산업의 에너지 문제를 해결할 수 있는 대책이자 깨끗한 연료로 권장되어 왔다. 반면에 전 세계의 거의 모든 수소는 현재 화석 연료에서 생산되고 있다. 연간 약 8억3000만 미터톤의 이산화탄소가 발생된다는 현실을 감안한다면 이 이산화탄소 배출량은 영국과 인도네시아를 합친 연간 이산화탄소 배출량과 맞먹는다.
하지만 물을 분해해서 만든 '녹색' 수소는 배출가스가 없는 반면에 가격이 너무 비싸서 대부분 상업적으로 생산이 불가능하고 전 세계 전체 수소 생산량의 1%에 불과한 실정이다.
RMIT의 수석 연구원 나시르 마흐무드 박사는 "수소는 청정에너지로 엄청난 잠재력을 가지며, 재생에너지로 쉽게 전환할 수 없는 많은 산업들에게 절대 필요한 원료가 될 수 있다"면서 "진정으로 지속 가능하려면 현재 사용하는 수소는 100% 탄소가 없어야 할 뿐만 아니라 귀중한 담수 매장량을 소비시켜서는 안된다"고 강조했다.
실제로 해수에서 직접 수소를 생산하는 방법은 간단하고 확장 가능하다는 것이 학계의 논리이다. 이 방법은 현재 시장에 나와 있는 어떤 녹색 수소 접근법보다 훨씬 더 비용 효율적이라는 점에서 좀 더 발전될 가능성이 엿보인다.
바닷물의 촉매
녹색 수소를 만들기 위한 전해질은 물을 통해 전류를 보내 수소와 산소로 나누는 데 사용된다. 이 전해질들은 현재 값비싼 촉매를 사용하고 있고 많은 에너지와 물을 소비한다. 수소 1㎏을 만드는 데 약 9ℓ의 물이 소요된다. 또 촉매제는 이산화탄소가 아닌 염소와 같은 독성을 가진다.
특히 해수를 사용할 때 가장 큰 장애물은 부산물로 생산되는 염소이다. 이 염소를 먼저 해결하지 않고 세계의 수소 수요를 충족한다면, 매년 2억4000만 톤의 염소가 나뒹굴게 된다는 점을 마흐무드는 우려하고 있다.
마흐무드는 화석 연료로 만들어진 수소는 의미가 없다고 잘라 말한다. "수소를 생성하는 과정에서 이산화탄소를 생략하고 염소도 생산하지 않는 방법을 연구팀에서 개발하는 것"이라고 강조했다.
RMIT의 청정에너지와 친환경 물질(MC2E) 연구그룹의 한 팀이 고안한 새로운 접근 방식은 해수와 특별히 작동하도록 개발된 특수 유형의 촉매를 사용한다. 이 연구는 비용 효율적으로 제조될 수 있는 매우 효율적이고 안정적인 촉매를 생산하는 데 초점을 맞췄다.
연구팀의 접근 방식은 촉매의 내부 화학을 단순한 방법을 통해 변경하고 대규모로 생산하는 데 초점을 맞추고 있다. 특히 이 새로운 촉매들(질소 도핑된 다공성 니켈 몰리브덴 인산화물)은 작동하는 데 매우 적은 에너지가 필요하며 상온에서 사용될 수 있다고 한다. 다른 실험 촉매들은 바닷물 분열을 위해 개발되었지만, 실험과정에서 복잡하고 확장하기가 어려웠다고 밝혔다.
마흐무드는 이 기술이 전해질 비용을 크게 낮출 수 있는 가능성을 가지고 있다고 설명했다. 이는 녹색 수소 생산을 위한 호주 정부의 목표인 ㎏당 2호주달러(약 1742원)를 충족시켜 화석 연료 공급 수소와 경쟁력을 갖출 수 있을 정도라고 전한다.
RMIT의 연구원들은 이 기술의 측면을 개발하기 위해 산업 파트너들과 협력하고 있다. 다음 연구 단계는 일련의 촉매를 결합하여 대량의 수소를 생산하는 원형 전해질 장치의 개발이라고 한다. 연구팀의 새로운 방법은 임시 특허 출원이 접수되었다.
김진영 글로벌이코노믹 기자
