울산과학기술원(UNIST)이 생체 에너지 대사 조효소를 활용해 전력 소모를 대폭 줄인 그린수소 생산 기술을 개발했다고 밝혔다.

송현곤 UNIST 에너지화학공학과 교수팀은 생체 조효소 FAD를 전극 표면에 입혀 저전압으로 수소를 생산하고 이를 바로 액상 유기물에 저장할 수 있는 전기화학 시스템을 개발했다고 26일 밝혔다.

이 시스템은 백금 전극과 팔라듐 전극으로 구성된다. 백금 전극에서 포름산이 산화돼 나온 전자가 반대편 팔라듐 전극의 수소이온과 만나 수소를 생성한다. 생성된 수소는 팔라듐 금속막을 통과해 그 뒤편의 액상 유기물 속에 곧바로 저장되는 구조다.

연구팀이 FAD 조효소를 양쪽 전극에 입힌 결과 반응 효율이 높아지고, 수소 생산을 위한 전기 소모가 줄었다. 실제 수소 생산·저장 시 시스템의 전압은 약 0.6V의 낮은 셀 전압을 기록했으며 이는 기존보다 약 65% 감소한 수치다.

수명도 기존 대비 8배 늘어나 100시간 이상 연속 작동에서도 성능 저하가 없었다. 기체 상태 수소를 액상 유기물에 주입하는 별도 공정이 필요 없는 것도 이 기술의 장점이다.

제1저자인 이지수 연구원은 "액상 유기물에서 수소를 저장할 때는 기체 상태의 수소를 고압으로 주입하거나 반응 조건을 맞추는 추가 공정이 필요한데, 이 기술은 전극에서 발생한 수소를 원자 형태로 바로 액상 유기물에 저장한다"고 설명했다.

전극에 입혀진 FAD는 원래 세포 미토콘드리아에서 에너지 분자 ATP 생산을 돕는 조효소로, 전자와 양성자를 모두 옮길 수 있는 특성이 있다. 이 조효소는 팔라듐 전극 쪽에서는 수소 이온이 전극 표면에 더 잘 달라붙게 유도하고, 백금 전극에서는 수소 중간체를 전극 표면에서 제거하는 역할을 한다.

송현곤 교수는 "생체 분자가 가진 전자·양성자 운반 특성을 전기화학 시스템에 접목해, 수소 생산과 저장을 동시에 해결할 수 있게 됐다"며 "고압 용기 없이 수소를 저장하는 새로운 방법을 제시함으로써 안전하고 효율적인 수소 활용 기술의 토대를 마련한 연구"라고 설명했다.

이번 연구 성과는 '응용 촉매 B: 환경과 에너지'에 7월 2일자로 온라인에 게재됐다. 연구 수행은 UNIST 하이드로 스튜디오의 이노코어 프로그램과 산업통상자원부, 한국산업기술평가관리원, 한국연구재단의 지원을 받았다.