녹슨 철로 그린수소 만든다…"태양광 수소전환 효율 3배 향상"

울산과학기술원

철에 녹이 슬어 있다. 게티이미지뱅크

국내 연구진이 녹슨 철을 이용해 고효율 수소를 생산하는 기술을 개발했다. 태양광을 이용해 물을 분해하는 방식으로 수소 생산 효율을 기존보다 3.2배 높였다. 일상에서 더 저렴하고 친환경적인 에너지를 확보하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 장지현 에너지공학과 교수 연구팀이 전기적 특성이 우수한 산화철을 사용한 광전극을 이용해 친환경 수소 생산 시스템을 개발했다고 20일 밝혔다. 연구팀은 “수소 생산은 주로 화석연료에 의존하고 있어 환경에 부담을 준다”며 “산화철 광전극을 통해 친환경 수소 생산이 가능해지면 상업화를 앞당길 것으로 기대된다”고 설명했다.

산화철은 전기적 성능이 부족해 수소 생산 효율이 낮다. 물을 분해하는 면적이 좁고 전자 이동 거리가 길어 상업화가 어려웠다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 산화철의 구조적 특성에 주목했다.

연구팀은 평균 직경 10nm(나노미터, 10억분의 1m) 이하의 다공성 산화철 전극을 제작했다. 게르마늄(Ge), 티타늄(Ti), 주석(Sn)을 함께 섞어 산화철의 전기적 특성을 개선하고 열을 이용해 다공성 구조를 만들어 반응 면적을 넓혔다. 전자 이동 거리도 줄였다. 이를 통해 산화철의 단점을 극복하고 물 분해 효율을 높였다. 연구팀이 만든 산화철 전극은 태양광을 이용한 수소 전환 효율을 3.2배 높였으며 100시간 동안 효율 저하 없이 지속 사용이 가능하다.

장지현 교수는 “수소 생산 효율을 크게 높이는 동시에 상업화를 위한 중요한 기술적 진전을 이뤄냈다”며 “그린수소 생산의 상업화를 앞당기고 다양한 반도체 시스템에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’에 3일 게재됐다. 

시뮬레이션을 통한 산화철 광전극의 최적 도핑 시스템 계산 모식도. 울산과학기술원 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]