수소는 기후 위기 시대에 인류가 선택할 수 있는 가장 유력한 대안 에너지로 손꼽히고 있습니다. 하지만 현재 우리가 사용하는 수소의 대부분은 화석 연료에서 추출한 부생 수소로, 진정한 의미의 탄소중립을 실현하기에는 한계가 명확합니다. 재생에너지를 활용해 물을 분해하는 그린 수소 생산 방식은 높은 비용과 복잡한 인프라 구축 문제로 인해 상용화가 더디게 진행되고 있습니다. 한국재료연구원(KIMS) 연구팀이 개발한 KIMStack A1은 이러한 경제성 및 효율성 문제를 해결하며 수소경제 시대를 앞당길 핵심적인 기술로 주목받고 있습니다.

KIMStack A1은 차세대 기술인 음이온 교환막(AEM) 수전해 방식을 채택하여 기존 수전해 기술의 단점을 획기적으로 보완했습니다. 이 방식은 고가의 귀금속 촉매 대신 저렴한 비귀금속 촉매를 사용할 수 있어 제조 원가를 크게 낮출 수 있는 것이 특징입니다. 또한 별도의 압축 공정 없이도 고순도의 수소를 고압으로 직접 생산할 수 있어 공정의 단순화와 효율성 극대화를 동시에 달성했습니다. 이는 대량 생산 체계 구축에 유리한 스택 구조를 통해 수소 생산 단가를 혁신적으로 절감하는 토대가 되어 줍니다.

음이온 교환막(AEM) 수전해의 고질적인 문제는 물질 전달 저항으로 인해 전극의 활성과 내구성이 떨어진다는 점이었습니다. 생성된 수소 기체가 전극 표면에 머물며 반응을 방해하는 현상을 해결하기 위해 연구팀은 독자적인 3차원 형상 제어 기술을 도입했습니다. 고기능성 표면 처리를 통해 물질 전달 효율을 높였으며, 그 결과 값비싼 백금 촉매와 대등한 수준의 성능을 발휘하면서도 높은 내구성을 확보했습니다. 이러한 기술적 진보는 수전해 설비의 수명을 늘리고 유지 보수 비용을 줄이는 데 결정적인 역할을 합니다.

기존 연구들이 주로 촉매 개발에만 집중하여 실제 적용 사례를 찾기 어려웠던 한계를 극복하고, 스택 적용에 최적화된 성능과 내구성을 확보한 독자적인 촉매를 개발했습니다.

연구팀은 밤송이 형상의 촉매를 전극 표면에 직접 성장시키는 촉매 일체형 전극 제조 기술을 완성했습니다. 기존의 단순 접착 방식에서 벗어나 저온 상압 수열 합성법을 활용함으로써 촉매와 전극 사이의 접합력을 극대화하고 물질 전달 저항을 최소화했습니다. 이 과정에서 형성된 V-채널 구조는 반응 효율을 높이는 동시에 제조 공정을 획기적으로 단순화하여 시스템의 전체적인 생산 단가를 낮추었습니다. 촉매층 이탈 걱정 없는 강력한 내구성은 장기적인 운영 안정성을 보장하는 핵심 경쟁력입니다.

소형 모듈화된 KIMStack A1은 중앙 집중형이 아닌 수요처에서 직접 수소를 생산하는 분산 독립형 인프라 구축을 가능하게 합니다. 수소차 충전소나 일반 가정에서도 재생에너지를 활용해 스스로 에너지를 조달할 수 있는 자립형 시스템을 지향합니다. 이는 고가의 에너지 저장 장치(ESS)를 대체하거나 보완하여 에너지 저장 능력을 경제적으로 확장할 수 있는 길을 열어줍니다. 대한민국이 수소경제를 선도할 수 있는 차별화된 기술력을 바탕으로 친환경 에너지 생태계가 더욱 견고해질 것으로 기대됩니다.