그린수소, 물과 생활폐기물에서 대량 생산한다

한국 연구진, 물에 뜨는 새로운 광촉매 플랫폼 개발
1㎡에서 시간당 4ℓ 생산..세계 최고 그린수소 생산 성능 확보
네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)誌 게재

▲ 연구진이 개발한 부유식 광촉매 플랫폼의 구조 이미지 : 기초과학연구원

바다, 호수, 강 등 어느 곳이든, 심지어 생활폐기물을 녹인 용액에서도 광촉매가 물 위에 떠서 그린수소(친환경 수소)를 대량으로 생산할 수 있게 되었습니다.

과학기술정보통신부는 기초과학연구원(이하 'IBS') 나노입자 연구단의 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수) 공동연구팀이 세계 최고 수준의 그린수소 생산 성능을 갖춘 물에 뜨는 광(光)촉매 플랫폼을 새롭게 개발했다고 밝혔습니다.

이번 연구결과는 4월 28일(한국시각) 세계 최고 학술지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 40.523)’온라인판에 실렸습니다.

그린수소는 많은 에너지를 사용해 온실가스(CO2)를 다량 배출하는 기존방식과 달리 태양광 에너지를 흡수해 물(H2O)에서 수소(H2)를 만드는 친환경 방식으로, 에너지와 온실가스 배출 문제를 동시에 해결했다는 점에서 주목받고 있습니다.

그동안 광촉매의 성능 향상을 위한 많은 연구에도 불구하고 아직까지 상용화에는 이르지는 못했습니다.

실제 환경에서 활용하려면 가루 형태의 광촉매를 넓은 판(패널) 형태로 제작해야 할 뿐 아니라, 물속에서 작동하면서 수소를 물 밖으로 보내는 별도 장치 개발 등 추가적인 과정과 비용이 필요해, 수소 생산의 효율성과 경제성이 떨어지기 때문입니다.

이에, IBS 연구팀은 물 위에 뜨는 젤 형태의 새로운 광촉매 플랫폼을 고안해 별도 추가 장치 없이도 실제 환경에서 효율적으로 작동하도록 구성했습니다.

또한, 연구진은 태양광을 통한 세계 최고 수준의 수소 생산 성능도 검증했습니다. 1㎡ 면적에서 시간당 약 4ℓ의 수소를 생산할 수 있었는데, 열악한 바닷물 환경에서 2주 이상 장시간 구동했을 때도 성능 저하는 거의 없이, 높은 생산 성능이 유지되는 것을 확인했습니다.

이번 연구는 광촉매 수소생산 기술 상용화에 큰 걸림돌이었던 생산 공정 시스템의 효율성과 경제성을 개선하는 한편, 다양한 화합물 생성에도 적용할 수 있도록 활용성과 확장성을 확보하는데 큰 진전을 이루었습니다.

연구를 이끈 김대형 부연구단장은 “연구실이 아닌 실제 환경에서 세계 최고 수준의 생산 성능을 확보하고, 활용이 제한적인 육지를 벗어나 넓은 바다에서의 친환경 수소에너지 생산 가능성을 확인했다”고 이번 성과의 의미를 밝혔습니다.