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물 위에 띄워두기만 하면 햇빛 받아 수소 생산

포스텍-세라믹기술원 공동 연구팀… 나뭇잎 본뜬 ‘인공광합성 장치’ 개발

태양전지와 물분해 전극을 결합해 개발한 인공광합성 장치. 물에 띄우면 햇빛을 받아 수소를 생산한다. 포스텍 제공
국내 연구진이 물과 햇빛만 있으면 수소를 만들 수 있는 장비를 개발했다. 휴대용 장비로 만들 수 있어 수소연료 상용화에 다양하게 응용이 가능할 것으로 기대된다.

용기중 포스텍 화학공학과 교수팀은 이승협 한국세라믹기술원 연구팀과 공동으로 ‘스마트 인공광합성’ 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

인공광합성은 나뭇잎의 광합성 원리를 흉내 내 만든 기술이다. 태양빛을 받아 전기를 만드는 태양전지에 촉매를 결합하고, 식물처럼 빛을 이용해 화학 작용을 하게 만든다. 식물이 빛을 받아 산소를 만드는 것처럼 원하는 물질을 즉시 만들 수 있다. 햇빛만 있으면 친환경 에너지 생산이 가능해 최근 연구가 활발하다.

연구진은 물을 분해해 친환경 에너지인 수소를 얻는 기술을 개발했다. 수소는 산소와 결합하면 에너지를 만들면서도 수증기 이외의 오염물질을 일절 만들지 않는 청정 연료다. 기존 인공광합성 수소 생산 장치는 물속에 완전히 담가야 작동했지만 이 장치는 저수지 등 물 표면에 띄워두기만 하면 햇빛을 받아 수소 생산을 시작한다. 이승협 연구원은 “앞으로 수소를 모아두는 장치를 덧붙이면 다목적으로 쓸 수 있다”고 말했다.

연구팀은 넓은 태양전지에 물 분해 촉매전극을 결합해 인공광합성 시스템을 개발했다. 백금과 니켈-철 촉매를 이용해 태양빛으로 받은 에너지의 약 3%를 수소로 바꿀 수 있다. 태양전지를 고효율의 페로브스카이트 전지로 교체하자 10% 이상의 변환 효율을 얻을 수 있었다. 연구진은 이 비율이 실용화가 가능한 수준의 효율이란 점에 주목하고 있다.

용 교수는 “이번 연구는 물과 햇빛만 있으면 간편하게 수소를 만들 수 있고, 효율 역시 높아 다양한 분야에서 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

이 연구는 신소재 분야 국제학술지 어드밴스트 머티리얼스 9월 13일자에 표지논문으로 게재됐다.
　
전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com