싱가포르 A*STAR국립연구소의 연구자들이 온 보드 수소발전기(on-board hydrogen generator)를 만들 수 있는 혁신적인 물질을 개발함으로써 수소전기 자동차의 개발을 앞당길 수 있는 기술을 개발했다.

수소는 가정용 생활용품에서부터 자동차에 이르기까지 모든 것들에 전력을 공급할 수 있는 재생가능한 자원이지만, 이들의 이용은 현재 친환경의 실용적인 수소 생산 방법의 부재로 인해 제한되어 왔다.

전력원으로 수소를 생산하는 현재의 방법은 결코 환경친화적이지 못하다. 증기개질(steam reforming), 물의 전기분해(electrolysis)-전기를 이용해 물을 수소와 산소로 쪼개는 기술- 등을 통해 수소를 얻는 것은 많은 에너지와 화석 연료의 이용을 필요로 한다. 반대로, 에탄올 증기개질(ethanol steam reforming)의 과정은 수소와 다른 생산물을 얻기 위해 재생가능한 바이오매스로부터 얻은 에탄올을 이용할 수 있다.

ESR의 한 가지 문제는 이 과정을 위해서는 높은 온도가 필요하며, 따라서 반응을 진행할 수 있도록 촉매가 필요하다는 점이다. ESR에서의 또 다른 문제 가운데 하나는 이들이 종종 부산물로 일산화탄소를 만든다는 것인데, 이는 독성도 있으며 수소연료전지의 독성화를 유발한다는 문제가 있다. 이를 해결하고자 싱가포르 A*STAR 화학 및 화학공학연구소(A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences)와 동료 연구자들이 ESR을 위한 칼슘 처리된 알루미늄 옥사이드(calcium-modified aluminum oxide)에 작용하는 철 첨가 로듐 촉매(iron-promoted rhodium-based catalyst)를 개발했다.

이 촉매는 환경에 피해를 주지 않으며 보다 효과적으로 수소 생산이 가능하게 하며, 반응 역시 350도 이하에서 진행될 수 있고 부산물로 일산화탄소도 만들어내지 않는다는 장점이 있다. 철 산화물의 존재는 잘 알려진 물-기체상 반응을 통해 일산화탄소를 이산화탄소와 수소로 변환시켜 준다. 따라서, 로듐 기반의 촉매에 대한 철 증가 효과는 일산화탄소를 제거할 수 있는 핵심 기술이 된다.

ESR의 또 다른 장점은 촉매가 안정하며 활성을 유지하는 시간이 매우 길어 상업적으로 매우 유리하다는 점이다. 이것은 촉매의 사이클 주기가 매우 길며 이로 인해 공정 중지 시간을 줄일 수 있다는 것을 의미한다. Chen은 이에 대해 "이러한 특성들은 개질 작업에 있어서 보다 이로운 효과를 누리기 위해 반드시 필요한 것들이다. 마찬가지로 안정한 촉매 역시 오퍼레이팅 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다"고 말했다.

마지막으로 Chen은 "이 촉매는 경제적인 면이나 개질 사이즈의 측면에서 보다 나은 작업 유연성을 보여준다. 이러한 특성들은 보다 간단하고 효과적인 반응기 제작에 중요한 영향을 끼친다"고 말했다. 이와 관련된 보다 자세한 연구 결과는 [Choong, C. K. S., Chen, L., Du, Y., Wang, Z., Hong, L. & Borgna, A. "Rh?Fe/Ca?Al2O3: A unique catalyst for CO-free hydrogen production in low temperature ethanol steam reforming." Topics in Catalysis 57, 627?636 (2014). dx.doi.org/10.1007/s11244-013-0221-0]을 참고하기 바란다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』