LG화학, 그린수소 생산소재 상용화 난제 풀었다…“생산 시간 2배이상 연장”

▲그린수소 생산 핵심 소재인 수전해용 계면 안정화 촉매 기술을 개발한 LG화학 연구원들이 기념 촬영을 하고 있다. 사진=LG화학

LG화학이 고분자전해질막(PEM) 수전해 시스템 기술을 개발하며 그린수소 생산 소재의 상용화 핵심 요건인 경제성을 확보에 나섰다.

27일 LG화학에 따르면, 회사 최고기술책임자(CTO) 산하 기반기술연구소 연구팀은 최근 '촉매 계면안정화' 기술 개발에 성공했다. 이는 PEM 수전해 전극의 성능과 내구성을 향상시키는 기술로, 해당 연구 성과는 지난 21일 세계 최상위 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

탈탄소 사회의 실현을 위한 핵심 에너지원으로 지목되는 그린수소 분야에선 신재생에너지를 통해 확보한 전기로 물을 분해하는 친환경 수전해 기술이 주목받고 있다.

특히 PEM 수전해의 경우, 알칼라인 수전해 방식보다 수소 생산성과 출력 대응성이 우수해 차세대 그린수소 생산의 핵심 기술로 평가된다.

다만 PEM 수전해 장치의 전극은 고가·희귀금속인 이리듐 촉매가 사용되는데, 이리듐 사용량이 적으면 촉매 용출과 전극구조 열화가 발생하면서 장시간 운전에 따른 성능 저하를 유발한다. 이에 따라 PEM 수전해 전극은 설비 교체주기 단축과 운영비 증가를 유도하면서 그간 경제성 확보가 기술 상용화를 확대하기 위한 최대 난제로 지적됐다.

LG화학은 이번에 개발 성공한 촉매 계면안정화 기술을 토대로 이 같은 문제의 극복에 나섰다.

이리듐 촉매 겉면에 원자 단위의 코팅층을 적용함으로써 과도한 산화에 따른 촉매 용출을 억제하고, 전극 내 이온전도성 고분자와의 결합력을 높여 전극 구조의 안정성을 강화했다는 게 LG화학 측 설명이다.

이러한 결과로 이리듐 사용량은 기존 대비 절반 이상 감소하면서도 전류 밀도가 높은 조건에서 수소 생산시간을 기존보다 2배 이상 연장하는데 성공했다.

LG화학은 이를 통해 PEM 수전해 시스템의 초기 투자비용과 유지보수 비용을 절감하는데 기여할 수 있을 것으로 기대했다.

또한 독자적인 전극화 기술을 토대로 연속 공정을 활용한 대면적 전극 제작과 성능 검증을 완료함으로써 LG화학은 대량 생산과 상용화 가능성도 확인했다.

이번 연구의 공동저자 중 한명인 김노마 LG화학 전무(기반기술연구소장)는 현재 다수 글로벌 수전해 시스템 기업과 제품 평가를 진행중으로, 해당 제품의 상업화를 목표로 기술 개발을 이어갈 계획이라고 전했다.

심규석 LG화학 CTO(전무)는 “이번 연구 성과는 LG화학의 소재 기술 경쟁력이 세계적으로 인정받은 사례"라며 “차세대 수소 생산기술 경쟁력 확보를 위해 관련된 다양한 연구개발을 지속 확대할 것"이라고 말했다.

박주성 기자 wn107@ekn.kr