햇빛과 물 만으로 수소를 생산하는 광촉매 기술에서 우리나라 연구진이 최고 전환 효율을 얻었다.
울산과학기술대학교(UNIST)는 나노생명화학공학과 이재성 교수 연구팀이 나노 합성 기술을 활용해 전기 전도도가 향상된 새로운 산화철 전극을 개발해 태양광의 수소 전환 효율을 5.3%까지 끌어 올렸다고 밝혔다.
이번 태양광의 수소 전환 효율은 현재까지 세계 최고 기록으로 인정되는 스위스 로잔 공대 그래첼(Michael Graetzel) 교수의 태양광 전환 효율 4.2%를 능가한 것으로 관련 학계의 주목을 받고 있다.
수소는 미래 에너지 문제를 궁극적으로 해결할 수 있는 청정에너지로 그 동안 천연가스와 석유, 석탄과 같은 화석연료에 열을 가해 수소를 얻었다. 하지만 이 방법은 이산화탄소를 배출하는 등 환경 문제를 일으켜 왔다.
이에 따라 최근 지구상에 무궁무진하게 존재하는 햇빛과 물을 이용해 수소를 대량생산할 수 있는 광촉매 기술이 각광받기 시작했다. 이 기술은 햇빛을 흡수하는 반도체 광촉매 물질을 물과 접촉시켜 수소를 얻는다. 비용은 적게 들며 친환경적인 방법으로 수소 에너지를 얻을 수 있어 '꿈의 기술'로 불리며 한국을 비롯한 세계 각국에서 이 기술 개발을 위하여 치열한 경쟁을 펼치고 있다.
이 기술의 핵심인 광촉매 재료로는 산화철 'Fe2O3'이 사용되는데 값이 저렴하고 넓은 영역의 빛을 흡수한다는 장점이 있지만 전기 전도도가 낮아 광전자를 통한 수소 전환 효율이 낮다는 단점이 있었다.
이에 이재성 교수 연구팀은 전도성 기판을 철을 함유한 특정용액에 담근 후 고온의 열처리를 하는 나노 합성 기술을 이용해 벌레 모양의 독특한 형상을 가진 산화철을 얻었다. 여기에 미량의 백금을 도핑하고 코발트 포스페이트를 보조 촉매로 사용해 광촉매 내 전하의 이동성질을 대폭 향상시켜 태양광의 수소 전환 효율을 높였다.
이재성 교수는 "이 기술의 실용화를 위해서는 10% 이상의 전환 효율이 필요하다"며 "그러나 이번 연구 결과는 그 간 심리적 장벽이었던 5%의 벽을 깼고 이를 넘어 궁극적으로 10% 효율로 가는 길을 제시하는 이정표로서 중요한 기여를 했다"고 말했다.
jhpark@fnnews.com 박지현 기자
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