UNIST "태양에너지 이용 그린수소 대규모 생산 기술 개발"

(울산=뉴스1) 김재식 기자 = 울산과학기술원(UNIST)의 이재성·장지욱·석상일 에너지화학공학과 교수와 임한권 탄소중립대학원 교수 공동 연구팀이 태양에너지를 이용해 그린수소를 대규모로 생산하는 기술을 개발했다

6일 UNIST에 따르면 이들 연구팀은 이번에 개발한 기술을 통해 기존 페로브스카이트 태양전지의 단점을 해결하고 광전극의 크기를 1만배 키워 실용 가능성을 높였다.

지구상에서 가장 풍부한 재생에너지인 태양에너지를 이용해 물을 분해한 뒤 수소를 얻는 '태양광 수소 기술'은 이상적인 그린수소 생산기술로 꼽힌다.

이 교수는 이 같은 방식의 수소 생산과 관련해 "최근 효율 문제를 어느 정도 해결한 기술이 개발됐으나, 실험실 소형장치에서 얻어진 결과여서 실용화를 위해선 크기를 키우는 스케일업(scale-up)이 필요하다"고 설명했다.

이에 연구팀은 효율이 높으면서 비교적 값이 싼 페로브스카이트를 광전극 소재로 채택했다. 그러나 페로브스카이트 태양전지는 태양광에 포함된 자외선과 공기 중 수분에 대한 안정성이 떨어진다는 단점이 있다.

이 때문에 연구팀은 페로브스카이트의 양이온으로 기존 메칠암모늄 대신 포름아미디늄을 사용해 자외선에도 안정적인 페로브스카이트를 제조했다. 또 물과의 접촉면을 니켈 포일로 완전 봉인해 물속에서도 안정성을 유지할 수 있도록 했다.

그러나 보통 연구개발용 광전극은 1㎠ 미만의 소형이기 때문에 실용화 규모인 1㎡까지 키우려면 1만배 정도 스케일업을 해야 한다. 이 과정에선 수소 생산 효율이 감소하기 때문에 이를 최소화하는 기술도 필요하다.

연구팀은 이 같은 점들을 감안, 작은 광전극을 일정 크기로 연결해 배치하는 '모듈 기반 설계'를 활용해 광전극을 스케일업했다. 또 블록을 쌓는 것처럼 소형 광전극을 가로 세로로 반복해서 연결해 대면적의 광전극을 제조했다.

이렇게 스케일업된 모듈은 상용화의 최소 조건인 태양광 수소 전환효율 10% 이상을 달성했는 게 연구팀의 설명이다. 이는 대면적 광전극에서 세계 최고 효율이기도 하다.

이 연구의 제1저자 한소라 박사는 "이번 연구에서 개발한 광전극은 대면적에서도 높은 효율을 유지했다"며 "앞으로 그린수소 생산 실용화를 위한 현장 실증에 집중한다면 2030년 이전에 태양광을 이용한 그린수소 기술이 상용화될 것으로 기대된다"고 전했다.

이번 연구 수행은 과학기술정보통신부가 추진하는 기후변화대응 사업과 브레인링크 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

이번 연구 결과는 지난달 23일 에너지 분야 최고 학술지로 꼽히는 '네이처 에너지' 온라인판에도 게재됐다.

jourlkim1839@news1.kr