궁극의 청정에너지 ‘그린수소’의 상용화 앞당기기 위한 R&D로 그린수소 관련 기술 국산화에 도전하다
궁극의 청정에너지 ‘그린수소’의 상용화 앞당기기 위한 R&D로 그린수소 관련 기술 국산화에 도전하다
  • 문채영 기자
  • 승인 2024.07.03 18:40
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이진우 엔아이이티㈜(NIET) CTO·KAIST 생명화학공학과 교수
이진우 엔아이이티㈜(NIET) CTO·KAIST 생명화학공학과 교수 ⓒ문채영 기자 / 사진 박성래 기자
이진우 엔아이이티㈜(NIET) CTO·KAIST 생명화학공학과 교수 ⓒ문채영 기자 / 사진 박성래 기자

 

수소는 가장 친환경적 에너지 수단으로 손꼽히지만, 수소를 얻기 위한 대부분의 방법은 친환경적이지 않다. 재생에너지를 이용해 수소를 생산하는 ‘그린수소’가 어떠한 유해물질도 발생시키지 않는 가장 완벽한 청정에너지이자 탄소중립 목표 달성을 위한 주요한 수단으로 주목받는 이유다. 엔아이이티㈜(NIET)는 그린수소와 연계된 PEM 및 AEM 수전해 기술을 하루 빨리 상용화한다는 비전 아래 설립된 기업이다. 연구실에서의 연구로 그치지 않고, 사업화를 목표로 연구를 고도화하는 엔아이이티의 노력이 대한민국의 수소경제 주도권으로 이어지고 있다.

 

그린수소 생산 및 이용 위한 촉매 물질 개발·생산하는 KAIST 교원창업 기업, 오랜 연구 경험 토대로 상용화에 도전

무기 나노소재를 기반으로 하는 수전해 및 연료전지 전극 물질을 개발 및 판매하는 엔아이이티㈜(NIET)는 2023년 3월 그린수소 생산 및 이용을 위한 촉매 물질 개발·생산을 목표로 KAIST교원창업을 통해 설립된 기업이다. 아주아이비 등으로부터 투자를 받아 창업성장기술개발 사업(TIPS)에 선정, 연료전지 탄소 담체 및 촉매를 개발하고 있다. 연료전지에서 뛰어난 안정성과 결정성, 성능을 자랑하는 탄소 물질인 Accessile mesoporous carbon과 차세대 수전해로 각광받는 PEM(양이온 교환막) 고분자 전해질 수전해의 Ir저감 담지촉매가 대표 제품이다.

수소전기자동차의 동력원인 고분자 전해질 연료전지에 있어 PEMFC의 내구성을 증진시키고 높은 파워를 내기 위해서는 산소 환원극 촉매가 아주 중요하다. 산소 환원극 촉매에서 촉매의 피독을 막고 전류밀도를 높이기 위해서는 Pt(백금)를 숨기고, 결정성이 높은 탄소 물질을 적용해야 한다. 지난해 6월 서울 코엑스에서 개최된 ‘넥스트라이즈 2023, 서울’에 참가해 수소연료전지의 핵심 전극 촉매 관련 기술을 소개하면서 엔아이이티는 탄소지지체와 백금의 높은 가격이라는 연료전지가 가진 두 가지 문제점을 지적한 바 있다.

엔아이이티는 탄소지지체에 대한 내구성 강화를 위한 소재 및 Intermetallic Pt 소재를 개발하는 등 전지 성능을 향상시킬 수 있는 개발을 수행해왔다. KAIST로부터 이전 받은 기술을 토대로 Accessile mesoporous carbon을 생산하며 이러한 문제 해결에 나선 것이다. 이진우 CTO는 Pt 촉매의 안정성을 높이기 위해서 Accessile mesoporous graphitic carbon과 Pt와 Co 등의 Intermetalic 촉매를 개발하고 있다고 설명했다. 최근에는 KAIST에서 개발한 Ir계 수전해 촉매 기술을 기반으로 Ir의 양을 저감하는 수전해 촉매 개발에 집중하는 모습이다. 이 CTO는 교원창업 기업의 경우 KAIST에서의 연구 기술을 공유할 수 있다는 장점이 있다며, 오랜 시간 쌓아온 기술력을 바탕으로 사업화에 초점을 맞춘 연구를 진행하고 있다고 설명했다.

또한, 엔아이이티는 태양광이나 풍력, 수력 등의 신재생 전기 에너지를 이용하는 전기화학적 수소 생산 전극 및 수소를 이용하는 연료전지의 전극 촉매 물질 개발 및 생산에도 무게를 싣는다. 이미 상용화가 이루어진데다 앞으로의 큰 확장이 기대되는 PEM 수전해와 PEM 연료전지뿐 아니라 알칼리 컨디션을 이용해 귀금속의 양을 현저히 줄일 수 있는 AEM(음이온 교환막) 수전해 및 AEM 연료전지 기술에도 관심을 기울이고 있다는 설명이다.

실제로 엔아이이티는 KAIST와의 공동개발을 통해 다양한 AEM 수전해 전극 촉매를 개발하고 있다. 이진우 CTO는 AEM 수전해 역시 Pt 등 다량의 귀금속을 요구한다며, 현재의 상용 촉매 대비 1/10 정도의 귀금속만으로 매우 높은 안정성을 보이는 AEM용 귀금속 단원자 촉매를 개발했으며, 시판을 앞두고 있다고 덧붙였다. 또한, 엔아이이티는 무기나노 입자의 모양을 조절할 수 있는 특성을 토대로 코로나 키트 등의 바이오센서에 필수요소로 활용되고 있는 Pt-dendrite을 생산·판매하고 있다. 엔아이이티의 Pt-dendrite는 기존의 골드 나노입자 대비 높은 확장성과 매우 높은 민감도를 지닌 것이 특징이다. 이차전지 중 에너지 밀도가 매우 높으며 황을 사용하기에 높은 열처리 공정을 필요로 하지 않는 탄소중립 이차전지인 리튬-황전지의 양극 촉매분야 생산도 준비하고 있다.

 

연구실에서의 연구를 실용화하기 위한 고민, 엔아이이티㈜ 창업으로 이어져

이진우 CTO는 무기나노 소재를 기반으로 2008년 교수가 된 이후 연료전지, 수전해, 차세대 이차전지 분야의 소재 연구를 지속해왔다. KAIST 생명화학공학과 교수로 재직하며 해당 분야에서 지속적으로 새로운 논문을 쓰며 즐겁게 연구를 수행해왔다는 설명이다. 여러 대기업과의 산학협력을 통해 연구과제를 수행하던 그는 연구의 실용성에 대한 고민을 커져갔다고 말했다. 학교에서 개발한 좋은 기술들이 조금만 더 다듬으면 좋은 실용화 기술이 될 수 있음에도 불구하고 논문만 쓰인 채 사장되는 사례들을 목도하면서다.

이러한 고민은 대기업이 탄소중립 분야에서 주도권을 잡고 성장하기 위해서는 다양한 중소·중견기업과의 협업이 필요하다는 데까지 이르렀다. 그간의 연구를 발전시켜 수전해 및 연료전지 촉매 분야의 국산화를 이룸으로써 우리나라가 탄소중립 분야 주도권을 잡고 성장할 수 있는 기반을 다져야겠다는 결심에 다다른 그다. 이후 탄소 소재 및 무기 소재를 기반으로 수전해 및 연료전지에 필요한 촉매 물질을 개발한 이 CTO는 촉매의 상용화를 목표로 강은애 대표와 함께 창업에 도전했다. 강 대표 또한 에너지 소재 분야에서 공학박사를 취득한 후 LG화학에서 근무하는 등 이론과 실무를 겸비한 인물이다.

엔아이이티㈜는 우리나라 수소 분야 연구를 주도하는 KIST 수소연료전지센터와 연구과제를 수행하며 협력해왔으며, 이 CTO는 LG화학, 롯데케미칼, 포스코홀딩스, 현대차 등 수소산업을 주도할 대기업과 대외과제를 수행해왔다. 이러한 경험을 토대로 대기업이 원하는 소재 및 산업의 발전 방향을 꾸준히 읽으며 기술을 고도화해가는 모습이다. 이 CTO는 지속적으로 엔아이이티의 기술 개발 방향을 설정하고, 강 대표 및 연구원들과 수시로 미팅을 가지며 개발된 기술에 대해 심도 깊은 논의를 이어가고 있다고 말했다. 또한, 대기업 연구원들과 만나 엔아이이티의 제품을 소개하거나 대기업의 사업방향을 듣고 엔아이이티가 기여할 수 있는 방향을 고민하고 있다는 설명이다.

“학교에서의 연구와 기업에서의 연구는 지향점에서 차이가 있습니다. 일례로 오랫동안 내구성 있게 사용하는 방법을 연구하는 것은 보다 실무적인 연구라 할 수 있죠. 엔아이이티는 다양한 협업을 통해 엔아이이티의 제품을 더 많은 기업에서 맞춤형으로 사용하기 위한 방안을 고민하고 있습니다.”

 

이진우 엔아이이티㈜(NIET) CTO·KAIST 생명화학공학과 교수 ⓒ문채영 기자 / 사진 박성래 기자
이진우 엔아이이티㈜(NIET) CTO·KAIST 생명화학공학과 교수 ⓒ문채영 기자 / 사진 박성래 기자

 

반드시 가야만 할 길 ‘그린수소’ 시대 앞당기기 위한 노력 필요해

최근 LG화학과 롯데케미칼, 현대차, 삼성 엔지니어링 등 많은 대기업들이 수전해를 통한 수소의 생산과 활용에 많은 관심을 기울이며 관련 산업을 준비하고 있다. 탄소중립 시대에는 많은 화학제품 생산에 필요한 수소를 신재생 에너지 등을 이용한 수전해를 통해 만들어야 하는 까닭이다. 이진우 CTO는 그린수소는 더 이상 선택의 문제가 아니라며, 기업의 생존을 위해 필수적으로 사업화를 해야 하는 영역으로 자리매김했다고 힘주어 말했다.

“탄소배출 저감은 당면한 문제입니다. 때문에 산업에서 수소를 도입하는 대체수요는 늘어날 수밖에 없죠.”

딜로이트 그룹은 청정수소 시장이 2030년 800조 원 규모에서 2050년 1800조 원 규모로 확대될 것이라 전망했다. 이 CTO는 수소의 활용처인 연료전지 시장은 극히 일부분일 뿐이라며, 여러 산업과 연계된 그린수소 생산은 이제 선택이 아닌 필수 과제가 되었다고 강조했다. 일례로 제철 과정에서 다량의 이산화탄소를 배출하는 포스코는 Hyrex 기술을 통해 그린수소를 이용한 수소환원제철 기술을 빠른 시일 내에 이루어야 하며, 우리나라의 많은 화학회사들 또한 암모니아나 메탄올의 생산을 위해 그린수소를 이용해야 한다. 엔아이이티㈜가 카이스트 연구진과의 끊임없는 연구를 수행하며 수전해 및 연료전지의 차별화된 고성능 고내구성 촉매를 생산함으로써 다가올 미래 수소시장에 대비하겠다는 포부다.

수소경제 시대를 향한 전 세계적 움직임 속 우리나라의 현주소를 점검하기도 했다. 우리나라 기업들이 수전해 분야에서 선도기업으로 성장할 수 있도록 정책적인 뒷받침이 필요하다는 제언이다. 대기업이 수전해의 모든 구성요소 기술을 수행하기 어려운 만큼 대기업과 스타트업, 혹은 중소기업 등이 함께 연구-개발을 할 수 있는 대형 연구과제를 도출하는 것 또한 중요하다. 더불어 이 CTO는 그린수소와 연계된 PEM 및 AEM 수전해 기술을 하루 빨리 상용화하고, 매출을 확장해야 한다고 피력했다. 다만 당장 이익이 나는 구조가 아닌 만큼 정책적으로 산업 및 수송 등에서 의무적으로 그린수소를 사용하는 비율을 높여가거나 기업의 상황에 맞게 보조금을 지급하는 등의 노력이 필요함을 당부하는 그다.

 

탄소중립의 핵심 ‘그린수소’의 국산화 이끌며 수소경제 시대의 패권에 도전

이 CTO는 엔아이이티는 수전해 및 연료전지 촉매를 생산하는 회사인 동시에 촉매를 평가할 수 있는 장치 모두를 갖춘 기업이라며, 내부적으로 촉매 연구부터 평가를 아우르는 시스템을 보유하고 있다고 말했다. 향후 이러한 소재를 우리나라 대기업뿐 아니라 외국에 있는 기업에도 판매한다는 계획이다. 최근에는 우리나라 수전해 연구 및 개발을 주도하는 KIST와 나노소재 기술 개발 사업을 추진하며 Ir 저감 촉매 전극 또는 Ir 완전 대체 촉매 전극의 산업화 및 대량생산 연구를 수행하고 있다.

“공대 교수로서 기업에 인사이트를 주는 것도 좋지만, 창업을 한 후에는 학교에서 90%까지 끌어올린 기술에 10%의 완성도를 더한다면 사업체에서 실제로 사용할 수 있는 수준에 도달할 수 있음을 확인하고 있습니다. 그 10%를 채우는 것이 상당히 중요함을 깨닫는 시간이죠. 저 또한 교수로서 한 단계 성장했음을 느낍니다.”

KAIST 교수로도 재직 중인 이진우 CTO는 후학들이 박사학위를 받고 학계, 산업계, 연구계에서 활약하는 모습을 볼 때 가장 흐뭇하다고 말했다. 후학들이 대기업에 가서 회사에서 인정받으며 학교에서 배운 기초 기술을 기반으로 새로운 시장을 열 분야를 개척하는 모습이나 대학교 교수 및 국책연구원으로 자리 잡고 연구 분야에서 많은 기여를 하는 모습은 그 자체로 그에게 큰 보람이 되고 있었다. 이 CTO는 후학들이 에너지 분야에서 모험할 수 있는 스타트업 창업 등에도 관심을 가졌으면 한다고 덧붙였다.

“성경 골로새서에는 ‘모든 일을 주께 하듯 하라’는 구절이 나옵니다. 나에게 주어진 일이 크든 작든, 나를 만난 제자들이 누구든 열심히 임하고자 합니다. 눈앞의 이익보다는 주어진 일에 최선을 다해나갈 것입니다.”

그린수소를 생산하는 수전해 기술은 이제 선택의 영역을 넘어섰다. 탄소중립의 중심이라 할 수 있는 그린수소 생산의 중요성이 커져가는 시점이다. 이 CTO는 그린수소 분야 기술과 그린수소분야 및 전극소재 분야에서 세계적 기업으로 성장해갈 엔아이이티에 대한 관심과 격려를 당부했다. 탄소중립을 위한 가장 실질적인 방안을 고민하는 엔아이이티가 그린수소 관련 기술의 국산화를 이끌며 수소경제의 주도권에 다가서고 있다.


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