태양광으로 물 분해 고효율 광촉매 개발 성공
태양광으로 물을 산소와 수소로 효율적으로 분해할 수 있는 고효율 촉매가 개발됐다. 상용화에 성공하게 되면 지구촌은 사실상 무한정한 물과 태양에너지로 청정에너지인 수소를 대량으로 생산할 수 있게 된다. 에너지부족과 온실가스 문제를 일거에 해소하는 길을 열게 되는 셈이다.
대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 유종성(에너지공학전공) 교수팀은 미국 캘리포니아주립대 버클리캠퍼스(UC버클리) 사무엘 마오 교수팀과 공동으로 기존 것보다 효율이 4배나 높은 광촉매를 개발했다고 27일 밝혔다.
유 교수팀은 "광촉매로 많이 쓰이는 이산화티타늄 표면에 있는 산소를 마그네슘하이드리드(수소화마그네슘, MgH2)를 이용해 제거한 뒤 그 자리에 다시 수소를 채우는 방법으로 수소원자가 도핑(미량의 다른 물질을 첨가해 성질을 개선하는 것)된 새로운 광촉매를 개발했다"고 설명했다. 이렇게 개발한 광촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매보다 활성도가 4배나 높고 70일 이상 안정적으로 유치되는 것을 확인했다.
특히 기존 광촉매는 가시광선보다 파장이 짧은 자외선 영역만 이용할 수 있었다. 태양광이 가진 에너지의 극히 일부만 물 분해에 이용할 수밖에 없다는 의미다. 반면 새로운 광촉매는 눈에 보이는 가시광선 영역인 570㎚ 파장의 태양광을 이용할 수 있게 됐다. 태양광 에너지 이용 효율을 높인 셈이다.
수소는 청정에너지로 취급 받지만 생산비 문제로 주로 석유 부산물로 생산하고 있다. 전기도 화석연료나 원자력으로 주로 생산된다. 수소를 전기분해로 얻는 것은 투입 에너지보다 생산한 수소에너지가 적어 실용성이 없다.
이에 따라 전세계 과학계는 물을 분해하는데 무한에너지나 다름없는 태양광을 이용하는 데 주목하고 나섰고, 이 과정에 필수적인 고효율 광촉매 연구개발이 치열하게 전개되고 있는 실정이다.
유 교수는 "이번에 개발한 광촉매는 기존 수소 생산에 쓰인 광촉매에 비해 그 성능이 수 배 향상된 것으로 합성방법도 매우 간단해 수소 에너지 상용화에 기여할 것"이라며 "광촉매의 효율과 경제성을 개선하는 후속 연구를 통해 화석에너지를 대체할 수 있는 안정적인 수소 에너지 생산 환경을 조성하는데 앞장서겠다”고 말했다.
이번 연구 결과는 화공촉매 분야 상위 1% 국제학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 인바이러멘탈(Applied Catalysis B : Environmental)’ 8월 10일자 온라인판에 게재됐다.
정광진기자 kjcheong@hankookilbo.com
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