울산과기원, 실내조명으로 수소 만드는 ‘인공 나뭇잎’ 개발

(왼쪽부터) 울산과학기술원 에너지화학공학과 장지현 교수, 강지훈 박사(제1저자), 윤기용 박사, 경승규 연구원, 바라지 굴레 박사. 울산과학기술원 제공

실내조명으로 수소를 만드는 ‘인공 나뭇잎’이 개발됐다.

19일 울산과학기술원(UNIST)의 말을 들어보면, 에너지화학공학과 장지현 교수팀이 엘이디(LED) 조명을 받아 수소를 만드는 인공 나뭇잎을 개발했다.

인공 나뭇잎에서 가장 중요한 것은 엽록소 역할을 하는 광전극이다. 광전극은 식물의 엽록소가 빛을 받아 양분을 만드는 것처럼 전기를 가진 입자를 만든다.

연구팀은 햇빛보다 약한 실내조명을 잘 흡수할 수 있는 황화물(CdS) 소재로 광전극을 만들었다. 만들어진 입자는 인산화티타늄(TiO₂)층을 거쳐 뒷면의 수소 생산 촉매층에 전달된다. 촉매증인 ‘3차원 니켈(3D-Ni)’ 표면에서 입자와 물이 반응하면서 수소가 나온다.

연구팀이 개발한 인공 나뭇잎은 별다른 외부 전압 없이 실내조명만으로 119~120마이크로암페어(㎂/㎠)의 광전류를 기록했다. 12시간 뒤에도 초기 성능의 94%를 유지했다고 한다. 이는 비싼 백금(pt)을 사용했을 때(121㎂/㎠)와 비슷한 수준이다. 수소 생산 촉매인 3차원 니켈은 비교적 저렴하고 필요한 크기에 맞춰 쉽게 만들 수 있다.

울산과학기술원 에너지화학공학과 장지현 교수팀이 개발한 실내조명용 수소 생산 인공 나뭇잎의 구조와 성능. 울산과학기술원 제공

장 교수는 “실내조명은 태양광과 달리 날씨에 민감하지 않고 꾸준하게 유지할 수 있다”며 “실내에서 버려지는 빛으로 수소를 생산할 수 있는 것을 확인한 만큼 앞으로 수소 분리·회수 기술을 보완할 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 ‘미세플라스틱 대응 화공·바이오 융합 공정 연구센터’의 선도연구센터사업(ERC) 과제와 중견연구과제, 이노코어사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구 결과는 국제학술지 ‘응용 촉매 비(B): 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environmental and Energy)’에 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

주성미 기자 smoody@hani.co.kr