태양광 고효율을 위한 수소 변환 기법 개발했다?

최근에는 친환경 재생 가능 에너지로 풍력 발전이나 태양광 발전이 주목을 받는 한편 에너지를 전기 형태로 변환하면 용도가 한정되는 것 외에 전력망이 정비되어 있지 않은 장소에선 사용할 수 없는 문제가 있다. 스웨덴 우메오 대학 연구팀이 지구에 풍부하게 존재하는 재료를 이용해 태양광 에너지를 사용하기 쉬운 수소로 효율적으로 변환하는 방법을 개발했다.

최근에는 다양한 분야에서 이산화탄소 배출량을 삭감하는 분위기가 전 세계적으로 높아지고 있으며 태양광 등 재생 가능 에너지를 사용한 발전은 주목받고 있다. 하지만 전 세계 에너지 소비량 중 직접 전기 형태로 소비되는 건 20%에도 못 미치며 전력망이 정비되어 있지 않은 지역도 많기 때문에 전세계에서 사용되는 모든 에너지를 태양광 발전으로 대체할 수 없다.

연구팀은 태양 에너지로 물을 전기 분해해 수소연료로 변환하면 직접 연료로 사용하거나 연료전지로 최종적으로 전기로 변환할 수 있기 때문에 화석연료에 대한 의존을 줄이려면 재생 가능 에너지로 수소 연료로 변환하는 게 효과적이라고 주장한다.

여기에서 연구팀은 인쇄 기술을 이용해 얇은 유리나 플라스틱 기판 상에 만들 수 있는 페로브스카이트 태양전지(Perovskite Solar Cell)를 이용해 태양광을 전기로 변환하고 물을 전기 분해해 수소를 만드는 장치를 개발했다.

물을 전기 분해하기 위해 사용하는 전극은 직경 10마이크로미터에서 20마이크로미터 탄소섬유로 이뤄지는 카본 페이퍼를, CVD(chemical vapor deposition)로 형성된 카본나노튜브 박막으로 코팅하고 또 그 위에 금속으로 이뤄진 촉매로 장식하는 방법으로 만들어졌다. 촉매에 사용되는 금속은 지속가능성과 전기 분해 반응 촉진성을 고려해 지구에 풍부하게 존재하는 철과 니켈, 몰리브덴 3종이 선택됐다고 말하고 있다.

실제로 연구팀이 새로운 수법으로 개발한 전기분해장치를 가동시킨 결과 태양광 에너지를 13.8%라는 높은 효율로 수소로 변환하는 게 확인됐다. 일반 태양광 발전 패널 에너지 변환 효율은 20% 정도로 되어 있으며 변환 효율만 보면 이번 기법은 높지 않은 것처럼 보일지 모르지만 전기가 아닌 다양한 용도로 사용할 수 있는 수소연료에 할 수 있다는 점이 중요하다는 것. 수소연료는 중량당 에너지 밀도가 높고 자동차 등에 이용되고 있는 것 외에 탄소프리 강이나 암모니아 생산 등 산업 용도에 이용 가능하다고 한다.

연구팀은 이번에 개발한 전기분해장치에 대해 기존 태양광 전지보다 저렴하게 제조할 수 있는 페로브스카이트 태양전지를 사용한 점과 지구에 풍부하게 존재하는 재료를 이용해 전극을 만든 점을 강조하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.