화학뉴스

국내 연구팀이 태양광 수소 상업화에 필요한 기술을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이재성·장지욱 교수 공동연구팀은 아일랜드 틴달(Tyndall) 국립연구소와 협력해 프린터에 사용되는 전자동 잉크젯 프린팅 기술을 활용해 태양광 수소를 상업적으로 생산할 수 있는 대형 광전극 생산기술을 개발했다.
연구팀은 일반적인 인쇄 용도 외에도 소재 개발을 위한 고속·대량 스크리닝이나 대규모 박막태양전지 생산에 활용되고 있는 잉크젯 프린팅 기술을 대형 광전극 생산을 위한 스케일업에 최초로 활용했다.
연구팀은 신기술을 이용해 산화철 광촉매 전극을 대규모 모듈 형태로 제조해 효용성을 증명했다.
태양광 수소 상업생산을 향한 중요한 이정표를 만든 것으로 평가되고 있으며 미국 셀 프레스(Cell Press)가 발행하는 에너지 분야 국제학술지 줄(Joule) 5월호 표지 논문으로 게재됐다.
태양광 수소 기술은 이산화탄소(CO2) 발생이 전혀 없는 가장 이상적인 그린수소 생산기술로 평가받고 있으나 효율이 충분하지 않아 기존 화석연료 개질기술로 생산하는 수소 대비 가격 경쟁력이 떨어진다.
태양광 수소를 생산하기 위한 핵심 요소인 광전극 성능은 전체 수소 생산 시스템의 효율과 경제성이 결정하는 것으로 알려져 있다.
연구개발용 광전극은 평방센티미터 미만의 소형 크기로 실용화에 필요한 평방미터까지 크기를 키우기 위해서는 1만배 정도 스케일업이 필요하나 스케일업 과정에서 수소 생산효율은 급격하게 떨어지게 되며 실험실에서 사용하는 수동식 생산방법으로는 실용화와 광범위한 보급을 위한 대량생산은 불가능하다.
따라서 태양광 수소 생산을 상업화하기 위해서는 대형 광전극 효율을 높게 유지하면서 대량생산이 가능한 자동화 스케일업 기술이 필수적이다.
연구팀이 광전극 스케일업 방법으로 활용한 잉크젯 프린팅 기술은 다른 기술에 비해 경제적일 뿐만 아니라 다양한 기능을 가진 복합 다중막으로 구성된 광전극을 일관성 있게 프린팅할 수 있으며 큰 면적에서도 높은 성능을 유지할 수 있고 전자동 시스템으로 생산성이 뛰어나다는 점이 장점으로 평가받고 있다.
이재성 교수는 “지금까지 실험실에서 태양광 수소 전환 효율을 높이는데 연구개발의 초점이 맞춰져 있었다면 앞으로는 조속한 실용화를 위해 스케일업 기술 개발과 현장 실증에 역량을 집중해야 한다”며 “2030년까지 태양광을 이용한 그린수소 기술이 상용화 될 것으로 기대한다”고 설명했다.
태양광 수소 상업화 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응사업 등의 지원을 받아 이루어졌다. (윤우성 기자)