가시광선 활용해 물에서 수소 대량 생산…기존 보다 74배 효율

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앞으로 물로 가는 자동차가 현실화될 수 있을 전망이다. 물에서 대량으로 수소를 생산할 수 있는 기술이 개발됐기 때문이다. 이 기술이 발전하면 전자기기에서도 혁신적인 동력원으로 자리잡을 전망이다.

가시광선 활용해 물에서 수소 대량 생산…기존 보다 74배 효율

서울대 이종협 교수팀은 가시광선을 이용해 물에서 기존 자외선 방식보다 74배나 더 많은 수소를 생산하는데 성공했다고 15일 밝혔다.

환경오염과 지구온난화로 인해 청정에너지인 수소와 태양에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 햇빛을 활용해 물에서 수소를 생산하는 연구도 활발하다.

지금까지 대부분의 연구는 태양광 중 빛의 세기가 큰 자외선을 이용해 수소를 생산하는데 치중했다. 그러나 자외선 양이 태양광 중 4% 수준에 그쳐 수소 생산에 원천적 한계가 있다. 때문에 태양광의 대부분(약 44.4%)을 차지하는 가시광선을 활용한 수소 생산 기술 개발이 요구되고 있다.

에너지 수준이 낮은 가시광을 활용한 수소 생산에는 금 나노입자가 사용됐다. 금 나노입자는 가시광을 흡수해 열전자를 발생시킴으로써 수소를 생산했다. 하지만 대부분의 열전자들이 1000조분의 1초 수준의 초고속으로 붕괴돼 사라지기 때문에 금 나노입자를 활용한 수소 생산 효율 및 실용성이 매우 저조했다.

연구진은 금 입자에 2개의 나노소재를 붙인 3성분계 나노구조체를 개발해 금 입자에서 발생한 열전자 수명을 획기적으로 향상시킴으로써 기존 금 나노입자 촉매에 비해 무려 74배 많은 양의 수소를 생산했다. 이번에 개발한 나노구조체는 물에서 수소 대신 전기에너지도 친환경적으로 얻을 수 있기 때문에 태양광에너지 전환분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 평가된다.

이종협 교수는 “기존 에너지 생산 시스템을 혁신해 청정에너지기반 산업에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “이 기술의 시스템화와 함께 에너지저장기술이 더 발전하면 외부로부터 전기나 연료주입 없이 가전기기, 더 나아가 자동차도 물만으로 작동 시킬 수 있을 것”이라고 전망했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte chemie)’ 8월 28일자 온라인에 게재됐고, 혁신적인 연구결과와 태양광에너지 전환분야 파급효과를 인정받아 가장 주목받는 논문인 ‘핫페이퍼(Hot Paper)’로도 뽑혔다.

권건호기자 wingh1@etnews.com