‘운영 안정성 지수’ 개발로 실제 운전 조건 반영… 촉매 내구성 국제 표준화 기대

KAIST(총장 이광형) 생명화학공학과 정동영 교수 연구팀이 세계 최초로 그린수소 생산용 수전해 촉매의 수명을 정량적으로 예측할 수 있는 평가 지표를 개발했다. 이 연구는 수소경제의 핵심 기술인 수전해 시스템의 상용화를 앞당길 수 있는 중대한 돌파구로 평가되며, 글로벌 에너지 분야 최고 권위 학술지 ACS Energy Letters에 5월 2일 자로 게재됐다.

그린수소는 태양광, 풍력 등 재생에너지를 이용해 물을 전기 분해해 생산되며, 이때 핵심 기술이 바로 ‘수전해 장치(Water Electrolyzer)’다. 그러나 재생에너지 특성상 전력 공급이 불규칙해 수전해 장비의 부하가 자주 변동되며, 이에 따라 촉매가 반복적으로 손상되고 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

‘운영 안정성 지수’(OSF)로 촉매 열화 정도 정량화… 장기 수명 예측 가능

KAIST 연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 ‘운영 안정성 지수(Operational Stability Factor, OSF)’를 새롭게 제안했다. 이 지수는 수전해 장비가 반복적으로 꺼졌다 켜지는 과정에서 촉매가 얼마나 손상되는지를 수치로 표현해준다. 정 교수는 “OSF는 실제 운전 조건에서 촉매의 내구성을 정확히 반영해 수명을 예측할 수 있는 강력한 기준이며, 향후 국제 표준 지표로 자리잡을 가능성이 크다”고 강조했다.

기존에는 일정한 전압이나 전류 하에서만 촉매의 안정성을 평가했기 때문에 실제 현장 조건을 반영하지 못하는 한계가 있었다. 이번 연구는 부하 변동이 빈번한 실제 환경에서 촉매의 열화 메커니즘을 실시간 분석하고, 실제 운전 조건에 맞는 최적의 촉매 설계 및 운전 전략 수립에 필요한 기준을 마련한 것이다.

이 연구 결과는 생명화학공학과 김진엽 박사과정생(제1저자), 노종수 박사과정생(공저자), 정동영 교수(교신저자)의 이름으로 ACS Energy Letters에 게재됐다. 해당 학술지는 에너지 재료 및 전기화학 분야에서 세계적 권위를 자랑하며, IF(영향력 지수) 19.3으로 상위 1% 내에 속한다.

• 논문명: Operational Stability Factor: A Comprehensive Metric for Assessing Catalyst Durability in Dynamic Water Electrolyzer Conditions
• DOI: 10.1021/acsenergylett.5c00406

이번 연구는 한국연구재단 소재 글로벌 영커넥트 사업과 KAIST 도약과제의 지원을 받아 수행됐다. 정 교수는 “그린수소는 탄소중립을 위한 핵심 에너지 자원이지만, 기술이 현실화되려면 예측 가능성과 신뢰성 확보가 전제되어야 한다”며, “OSF는 수소경제 인프라 설계의 기준점이 될 수 있다”고 말했다.

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