알루미늄으로 수소·전기 동시에 만든다… 제주대 김상재 교수 과기정통부 장관상

나노코리아 2026 나노연구혁신부문 수상
알루미늄 기반 이중 수소 생성 기술 구현
수소 생산하면서 전기까지 동시에 확보
비귀금속 촉매 적용해 비용 절감 가능성
차량·독립형 전원·휴대용 전원 활용 기대
제주 분산에너지 실증과 사업화가 다음 과제

【파이낸셜뉴스 제주=정용복 기자】 알루미늄과 물의 반응으로 수소를 만들면서 전기까지 동시에 생산하는 기술이 정부 연구혁신 성과로 인정받았다. 값비싼 귀금속 촉매 대신 비귀금속 촉매를 적용해 친환경 차량과 독립형 전원, 휴대용 전원 등으로 활용할 가능성도 제시했다.

8일 제주대학교에 따르면 김상재 기계시스템공학과 교수는 '나노코리아 2026'에서 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관상 나노연구혁신부문을 받았다. 김 교수는 제주대 공과대학장과 그린수소 글로컬 선도연구센터장을 맡고 있다.

수상 성과의 핵심은 알루미늄 나노소재를 이용해 수소와 전기를 한 시스템에서 동시에 생산하는 기술이다. 일반적으로 수소 생산과 전력 생산은 서로 다른 장치와 공정을 필요로 한다.

김 교수 연구팀이 개발한 시스템은 알루미늄이 물과 반응하는 과정에서 수소를 만들고, 동시에 발생하는 전기화학 반응을 이용해 전기도 생산하도록 설계됐다. 쉽게 말해 하나의 에너지 시스템에서 '수소 연료'와 '전기'를 함께 얻는 방식이다.

연구팀은 알루미늄을 나노구조화해 반응 면적을 넓혔다. 물질은 같은 양이라도 입자 크기가 작아지면 전체 표면적이 커진다. 반응이 일어나는 면적이 넓어지면 수소 생성 속도와 반응 효율을 높이는 데 유리하다.

시스템 내부에서는 알루미늄이 음극 역할을 하고, 나트륨 이온막과 비귀금속 기반 Fe-N-C 촉매를 적용한 양극이 전기화학 반응을 일으킨다. 이 과정에서 수소가 생성되는 동시에 전자가 이동하면서 전기가 만들어진다. 연구팀은 이를 알루미늄 기반 이중 수소 생성 메커니즘으로 구현했다.

기존 청정에너지 기술의 과제 가운데 하나는 비용이다. 수소 생산이나 연료전지 시스템에는 백금 등 값비싼 귀금속 촉매가 쓰이는 경우가 있다. 연구팀은 비귀금속 촉매를 적용해 비용 부담을 낮추고 사업화 가능성을 높이는 방향으로 기술을 개발했다.

기술 활용 범위도 넓다. 친환경 차량용 에너지원과 전력망에서 떨어진 지역의 독립형 전원, 재난·야외활동 등에 활용하는 휴대용 전원으로 확장할 가능성이 있다.

전력망이 불안정하거나 별도의 충전 시설을 구축하기 어려운 환경에서는 현장에서 수소와 전기를 함께 생산하는 분산형 에너지 시스템이 대안이 될 수 있다.

제주에서 이 연구가 갖는 의미도 크다. 제주는 풍력과 태양광 발전 확대 과정에서 전력 생산량과 소비량이 맞지 않아 발전을 일시적으로 줄이는 출력제어 문제를 반복적으로 겪어왔다. 재생에너지를 더 생산하는 문제만큼 남는 에너지를 어떻게 저장하고 필요한 곳에 공급할지가 중요해진 이유다.

김 교수 연구팀은 나노소재 설계와 전해질 제어, 비귀금속 나노촉매 합성, 전극·시스템 구성 기술을 바탕으로 분산형 에너지저장·공급 기술을 연구해왔다. 대학의 원천기술이 실제 제주 에너지 환경과 연결된다면 연구실 성과를 지역 실증과 기업 기술로 확장할 수 있다.

다음 관문은 사업화다. 대형 장치에서도 성능과 안전성을 유지하고 원료·재활용 비용까지 낮춰야 연구 성과가 실제 시장으로 이어질 수 있다.

김 교수는 기초연구부터 원천기술 개발과 실증, 사업화까지 이어지는 연구체계를 구축해왔다. BK21 교육연구단과 그린수소 글로컬 선도연구센터 등 국가 연구개발사업을 수행하며 에너지 분야 전문인력 양성과 산학연 협력도 추진하고 있다.

김 교수는 "이번 수상은 나노소재·전기화학 기반 청정에너지 연구의 우수성과 실용성을 인정받은 것"이라며 "분산형 에너지저장·공급 기술 고도화로 제주형 실증 모델 구축과 지역 에너지 경쟁력 강화에 기여하겠다"고 말했다.

나노코리아는 국내 나노기술 연구성과와 산업 동향을 공유하는 대표적인 나노기술 행사다. 정부시상은 나노기술 분야에서 연구성과와 기술혁신을 창출한 연구자와 기술인을 대상으로 한다.

jyb@fnnews.com 정용복 기자