400 nm 파장 이상의 가시광 조사조건에서 시간에 따른 광촉매적 수소 생산량.

[충청포스트] 서울대 이종협 교수팀이 햇빛을 이용해 물에서 차세대 에너지원인 수소를 대량 생산할 수 있는 신개념 에너지 생산 기술 개발에 성공했다.

연구진은 에너지 수준이 낮지만 햇빛의 대부분(약 44.4%)을 차지하는 가시광을 이용해 물에서 기존 방식보다 74배나 더 많은 수소를 생산하는데 성공했으며, 그 원리를 과학적으로 밝히고 실험으로 증명했다.

▲ 이종협 교수

이번 연구는 연구 결과는 독일에서 발간하는 세계적 권위의 학술지인 ‘앙게반테 케미’(Angewandte chemie)에 8월 28일(목) 온라인 게재 되었으며 혁신적인 연구결과와 태양광에너지 전환분야의 파급효과를 인정받아 가장 주목받는 논문인 ‘핫페이퍼(Hot Paper)’로도 뽑혔다.
 
(논문명 : Hot-Electron-Transfer Enhancement for the Efficient Energy Conversion of Visible Light)
 
연구진은 금 입자에 2개의 나노소재를 붙인 3성분계 나노구조체를 개발해 금 입자에서 발생한 열전자의 수명을 획기적으로 향상시킴으로써 기존의 금 나노입자 촉매에 비해 무려 74배 많은 양의 수소를 생산했다.

금 나노입자는 에너지 수준이 낮은 가시광을 흡수하여 열전자를 발생시켜 가시광을 활용한 수소 생산이 가능하나, 대부분의 열전자들이 초고속(1000조분의 1초 수준)으로 붕괴되어 사라지기 때문에 금 나노입자를 활용한 수소 생산 효율 및 실용성이 매우 저조한 실정이다.
 
새롭게 개발된 나노구조체는 물에서 수소 대신 전기에너지도 친환경적으로 얻을 수 있기 때문에 태양광에너지 전환분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 평가받고 있다.

이종협 교수는 “이번 연구결과는 기존의 에너지 생산 시스템을 혁신하여 청정에너지기반 산업에 기여할 수 있을 것으로 기대될 뿐만 아니라, 향후 이 기술의 시스템화와 함께 에너지저장기술이 더 발전되면 외부로부터 전기나 연료주입 없이, 가전기기나 더 나아가 자동차도 물만으로 작동 시킬 수 있을 것”이라고 전망했다.

환경오염과 지구온난화로 인해 최근 청정에너지인 수소와 태양에너지에 대한 관심이 증대되고 있는 상황에서 햇빛을 활용하여 물에서 수소를 생산하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

지금까지 대부분의 연구는 태양광 중 극히 일부(4%)를 차지하지만 빛의 세기가 큰 자외선을 이용하여 수소를 생산하는데 치중하였다.

그러나 자외선 양이 극히 적어 수소 생산의 원천적 한계에 부딪히면서 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용하여 대량의 수소를 생산할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

400 nm 파장 이상의 가시광 조사조건에서 시간에 따른 광촉매적 수소 생산량.