2030년 이전 그린수소 기술 상용화 기대
전자동 잉크젯프린팅을 이용한 대규모 광전극 모듈. UNIST 제공
울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이재성, 장지욱 공동 연구팀이 아일랜드 틴달 국립연구소와 협력해 전자동 잉크젯 프린팅 기술을 활용한 대형 광전극 제조 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
인쇄기술인 잉크젯 프린팅은 소재 개발을 위한 고속·대량 스크리닝이나 대규모 박막태양전지 제조에도 쓰이는데, 대형 광전극 제조를 위한 스케일 업(scale up.실험실에서 성공한 프로세스를 공업 규모의 장치에서도 경제적으로 성립하도록 그 규모를 확대하는 것)에 활용한 것은 세계 최초다.
태양에너지에서 물을 분해하고 수소를 생산하기 위한 핵심 요소는 전체 수소생산 시스템의 효율과 경제성을 결정하는 광전극이다. 광전극은 태양 에너지를 흡수해 전하를 띤 입자를 방출하고, 이 입자는 물과 반응해 수소와 산소를 만든다. 보통 연구개발용 광전극은 1㎠미만의 소형으로, 실용화 규모인 1㎡까지 키우기 위해서는 1만 배의 스케일 업이 필요하다. 문제는 스케일업 과정에서 수소생산 효율이 급격히 떨어진다는 점이다. 또 실험실에서 사용하는 수동식 제조법으로는 실용화를 위한 대량 제조가 불가능하다.
연구팀은 광전극을 스케일 업하기 위한 방법으로 잉크젯 프린팅 기술을 활용해 효용성을 증명했다. 이 기술은 큰 면적에서도 높은 성능을 유지할 수 있고 전자동 시스템으로 생산성이 뛰어나다는 장점이 있다. 이 교수는 “지금까진 실험실에서 태양광수소 전환효율을 상승하는 데 연구개발 초점이 맞춰져 있었다면 앞으로는 조속한 실용화를 위한 스케일 업 기술개발과 현장실증에 역량을 집중해야 한다”며 “2030년 이전에 태양광을 이용한 그린수소 기술이 상용화 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구결과는 미국의 과학출파사 셀 프레스(Cell Press)에서 발행하는 에너지 분야 최고 학술지인 줄(Joule)의 올해 5월호 표지논문으로 선정돼 지난달 17일 게재됐다. 연구비 지원은 과학기술정보통신부가 추진하는 기후변화대응사업과 우수연구자교류지원사업(BrainLink)을 통해 이뤄졌다.
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