햇빛을 수소로, 태양광 전환 효율 8% ↑...'인공나뭇잎' 소자 개발

이재성 울산과학기술원 교수팀

인공 나뭇잎에서 수소(왼쪽)와 산소가 발생하는 모습. /사진제공=UNIST

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 햇빛을 이용해 수소를 만드는 고효율 ‘인공 나뭇잎’ 소자를 개발했다.

이재성 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수팀은 독일 헬름홀츠 연구소 반 디 크롤 교수팀과 함께 물속에서 햇빛을 받으면 수소를 발생시키는 인공 나뭇잎(광촉매) 소자를 개발했다고 14일 밝혔다. 이 소자는 해조류의 광합성 원리를 모방해 태양 에너지를 수소로 전환하는 효율을 8%까지 끌어올렸다. 인공 나뭇잎 기술의 상용화 기준으로 여겨지는 효율 10%의 턱밑까지 도달한 것이다.

연구진은 인공 나뭇잎이 해조류처럼 햇빛의 서로 다른 파장대를 나누어 이용할 수 있도록 두 개의 광촉매 물질을 병렬로 연결한 ‘이종쌍전극(Hetero dual photoanode)’ 개념을 제안했다. 그 결과 지금까지 5% 정도에 머물던 태양광 전환 효율을 8% 수준까지 높였다.

이재성 교수는 “상대적으로 값싸고 안정적인 산화물을 이용한 광촉매 중에서 8% 효율은 세계 최고 수준”이라고 밝혔다.



이번 연구는 최근 발효된 파리협약에 따른 이산화탄소 발생 저감 및 처리에도 큰 도움이 될 전망이다. 인공 나뭇잎으로 생산한 수소를 연료로 사용하면 이산화탄소가 발생하지 않기 때문이다. 또 수소연료전지 자동차를 보급하기 위한 값싸고 안정적인 수소연료 생산기술로도 활용할 수 있다.

이 교수는 “이 기술로 3년 안에 효율 10%를 달성해 재생에너지형 수소충전소를 세우는데 기여할 것”이라며 “이제 막 보급되기 시작한 수소연료전지 자동차에 값싼 수소를 공급하는 기술이 될 것”이라고 설명했다.

이번 논문의 제1 저자로는 김진현 포항공과대학교(POSTECH) 환경공학과 박사과정 연구원과 장지욱 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수가 참여했다.

/울산=장지승기자 [e-mail]