고효율 태양광-수소 전환 기술의 개발

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신재생에너지에 대한 관심이 날로 높아지면서 청정에너지 생산 기술에 대한 수요 또한 점차 커지고 있습니다. 오늘 소개해드릴 기술도 그중 하나인데요,
바로 태양광과 물로 수소를 생산할 수 있는 태양광-수소 전환 기술입니다.

태양광-수소 전환 기술의 원리를 설명하자면, 물에서 수소와 산소를 분리하는 것입니다. 이 분리 과정에는 반도체와 광촉매 전극이 활용됩니다. 그러나 대표적인 소재인 티타늄 산화물, 산화철 등은 전기 전도율이 낮은 등의 문제가 있었기 때문에 수소로의 전환 효율이 저하되는 문제점이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 촉매를 코팅하는 등 다양한 타개책을 시도해왔습니다. 하지만 상용화를 위해서는 최소 10%의 전환 효율이 필요했는데요, 효율이 그보다 낮았기 때문에 현재까지는 상용화가 어려웠습니다.

그런데, 최근 한-미 공동 연구진이 태양광-수소 전환 효율을 무려 16배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다는 소식입니다. 연구진은 기존 소재의 저효율을 극복하기 위해 태양광 흡수율이 높고 우수한 광촉매 성질을 가지고 있는 비스무트 바나데이트라는 반도체를 이용했습니다. 이 반도체의 결정 구조를 일정 방향으로 배열하는 전극 소재를 제조하는 데 성공했다고 합니다. 그런데, 결정 구조를 일정 방향으로 배열하는 것은 효율 증가에 어떤 도움을 주었을까요? 결정이 성장할 때 가장 안정적인 에너지 상태를 갖는 것이 가능하기 때문에 전극 표면의 산소발생 반응을 향상시키고, 전자 수송도가 증가할 수 있었습니다. 이로 인해 엄청난 효율 향상이 가능하게 되었고, 이론상으로는 세계 최고 수준인 82% 효율을 낼 수 있다고 하네요.

이번 연구를 통해 제시된 결정 구조 제어는 태양전지, 배터리, 반도체 소자 등 다양한 분야에 적용이 가능하기 때문에 관련 기술의 발전에 도움이 될 것으로 예상되는 만큼 큰 성과라고 할 수 있습니다. 이번 성과를 토대로 태양광-수소 생산소자 상용화 연구를 지속한다면 더욱 성공적인 친환경 에너지 기술이 탄생할지도 모르겠습니다.

수소는 다양한 분야에서 활용 가능한 청정에너지로서, 성장 잠재력이 풍부하고 수요 또한 꾸준히 증가할 것으로 전망됩니다. 다만 현재 국내에서 생산되는 수소의 96% 이상이 화석연료를 기반으로 하기 때문에 친환경적인 수소 생산 기술이 필요한 시점입니다. 오늘 소개한 태양광-수소 전환 기술과 같이 새로운 기술의 발견이 세계 곳곳에서 더욱 많이 이루어져 새로운 에너지의 미래를 개척하길 바라봅니다.

내용 출처
한국에너지공단, 고효율 태양광-수소 전환 기술 개발

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– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)