▲ 메탄과 수증기, 팔라듐 촉매가 만나 수소가 생성되고 있는 반응 (출처: 와세다 대학).

일본 연구진이 150도의 낮은 온도에서도 메탄에서 수소를 생산하는데 성공했다.

와세다 대학 연구진은 지난 1일 메탄과 수증기 팔라듐 촉매를 이용해 150도의 저온에서도 약한 전기장을 통해 충분한 속도로 수소를 생산하는데 성공했으며 향후 해당 기술로 생성비용절감과 간편한 수소 제조의 실현을 기대할 수 있다고 밝혔다.

화학반응의 약 90%는 촉매로 인해 일어난다. 촉매는 반응속도를 향상시키지만 일반적으로 반응속도는 온도와 활성화에너지에 의존해 많은 촉매반응이 고온에서 실시되고 있다.

현재 수소 생산 역시 약 700도 이상에서 천연가스의 수증기 개질반응에 의해 이루어지며 천연가스의 주성분인 메탄과 수증기의 반응으로 이산화탄소와 수소를 얻는다.

이 때문에 수소를 얻기 위해서는 높은 내열성을 가지는 재료로 생성과정을 구축할 필요가 있고 이러한 고온의 열 소모를 위한 냉각 시스템 설치 등으로 인한 비용증가가 부담이 되고 있다.

이에 연구진은 약한 전기장에 의한 촉매반응에 주목해 촉매 표면에 흡착된 물을 통해 양성자가 신속하게 움직이는 등 새로운 촉매 반응 메커니즘 입증에 성공했다고 밝혔다. 150~200도의 낮은 온도에서도 충분히 빠른 속도로 수소가 생산이 된 것이다.

연구진은 “촉매반응의 응용 범위가 넓고 양성자가 관련 촉매 반응하면 수소 제조뿐만 아니라 수소가 관련 반응이나 물이 관련 반응을 저온 화시킬 수 있는 가능성이 있다”고 밝혔다. 뿐만 아니라 수소와 질소에서 암모니아를 만들어내는 반응에도 본 메커니즘의 적용이 가능하다고 밝혔다.

현재 연구 그룹에서는 배기가스와 연료를 저온에서 반응시켜 자동차 종합 에너지 효율 향상을 겨냥한 연구를 전개 중이다.

한편, 이번 연구 성과는 영국 Nature Publishing Group의 온라인 과학 잡지 ‘Scientific Reports’에 2016년 12월 1일(현지 시간)에 게재됐다.