국내 연구진이 지금까지 개발된 그린수소 생산 촉매 중 성능이 가장 좋은 새로운 촉매를 발견했다.

기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단의 현택환 단장과 첨단연성물질 연구단의 바르토슈 그쥐보프스키 단장 대행 연구팀이 촉매의 성능을 예측하는 인공지능(AI)을 활용해 세계 최고 수준의 그린수소 생산 성능을 갖춘 페로브스카이트 산화물 촉매를 발견했다고 3일 밝혔다.

수소는 효율적이면서 안전한 재생에너지다. 생산방법에 따라 석유화학 공정의 부산물을 활용하는 '부생수소', 천연가스(LNG, 메탄가스)를 분해하는 '개질수소', 물을 분해하는 '수전해 수소' 등으로 나뉜다. 이 중 수전해는 태양광 풍력 등 재생에너지로 얻은 전기로 물을 분해해 수소를 생산하는 기술이다. 온실가스 배출도 없어 진정한 친환경에너지로 주목받고 있다.

수전해 기술 상용화를 위한 많은 연구가 이뤄졌지만 대부문 값비싼 귀금속 촉매를 활용했기 때문에 경제성이 없었다.

귀금속계 촉매의 단점을 극복하기 위해 등장한 것이 페로브스카이트 산화물 촉매다. 페로브스카이트는 두 종류의 양이온(A, B)이 음이온(X) 세개와 결합한 구조(ABX3) 화합물이다. 페로브스카이트 촉매는 전기화학적 특성이 우수하고 다양한 원소를 조합해 만들 수 있는 장점이 있다. 하지만 조합 가능성이 많은 만큼 최적의 성능을 내는 조합을 골라내기가 어려웠다.

IBS 연구진은 AI 기반 페로브스카이트 산화물 촉매 성능 예측 시스템을 고안해 최적 조합을 찾아냈다.

연구진이 AI를 활용해 찾아낸 가장 성능이 우수할 것으로 예측되는 페로브스카이트 산화물 촉매(CPCF)는 칼슘(Ca) 프라세오디뮴(Pr) 코발트(Co) 철(Fe) 등 값이 비교적 저렴한 비귀금속으로 구성됐다. 기존 가장 높은 그린수소 생산 성능을 보인 이리듐(Ir) 촉매 대비 가격이 10배가량 저렴하면서도 성능도 초기 6시간까지는 우수했다. 현택환 단장은 "AI를 활용해 세계 최고 수준 그린수소 생산 촉매를 발견했다"며 "촉매뿐 아니라 배터리 연료전지 등 소재 전 분야에서 최대 성능을 가지는 챔피언 물질을 발견하는 데 다양하게 활용할 수 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 3일(한국시간)자 '네이처 머티리얼스'(Nature Materials) 온라인판에 실렸다.