UNIST 에너지화학공학과의 이재성 교수(앞줄 왼쪽)팀은 태양광과 물로 수소를 만들 수 있는 광촉매의 성능을 개선한 연구 결과를 발표했다. © 뉴스1

물과 햇빛만으로 청정연료인 수소를 생산하는 광(光)촉매가 국내 연구진에 의해 개발되고 있다.

UNIST 에너지화학공학과의 이재성 교수팀은 태양광과 물로 수소를 만들 수 있는 광촉매의 성능을 개선한 연구 결과를 발표했다. '태양광수소 생산 시스템'의 전극을 구성하는 광촉매는 태양광 에너지를 흡수해 물(H₂O)에서 수소(H₂)를 만든다.

이번에 개발된 촉매는 수소 생산에 필요한 에너지 소모는 낮추고 동시에 생산량은 늘리는 이중기능성이 있어 수소 생산 효율이 높아 상용화 연구도 기대되고 있다.

수소는 대부분 천연가스와 같은 화석연료를 개질(改質)시켜 얻지만 생산하는 과정에서 지구온난화를 일으키는 이산화탄소가 발생해 일명 '그레이 수소'라 불린다. 물과 같은 무궁무진한 원료와 재생에너지를 이용해 '그린 수소'를 생산하는 방법은 아직 가격경쟁력이 부족하기 때문에 생산에 소모되는 에너지를 낮추고 수소 생산량은 늘릴 수 있는 값싼 촉매가 필요하다.

이재성 교수팀은 산화철을 '코어-쉘(core-shell)'이란 이중구조로 만드는 방법으로 에너지 소모는 줄이면서 동시에 수소 생산량을 늘리는 가격 경쟁력을 확보했다.

에너지 소모를 나타내는 반응 개시 전압은 일반 산화철 전극에 비해 270mV(밀리 볼트) 만큼 떨어지고 수소 생산량을 나타내는 지표인 전류밀도는 기존 산화철 촉매보다 66.8% 증가했다.

촉매 물질로 사용된 산화철(Fe₂O₃)은 가격도 저렴하고 구하기도 쉽지만 내부의 전하(전자) 전달 문제 때문에 실제 이 촉매를 썼을 때 수소 생산 효율이 높지 않았다. 

연구팀은 산화철을 이중구조로 만들어 물질 내부 전하 전달 문제를 개선한 고효율 촉매를 개발했다.

이재성 교수는 "추가적인 연구를 통해 상용화의 분기점인 수소 생산 효율 10%를 달성하는 것이 목표"라며 "이번에 개발된 촉매로 이러한 목표에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 연구 의미를 밝혔다. 

과학기술정보통신부의 기후변화대응 사업과 중견연구자지원 사업으로 진행된 이번 연구의 결과는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 9월 15일 자로 공개됐다.


kky060@news1.kr