UNIST 이재성 교수팀… 고효율·저비용으로 실용화 가능성↑
국내 연구진이 식물의 광합성을 모방해 햇빛을 받아 물을 수소와 산소로 분해하는 '인공나뭇잎(사진)'을 개발했다. 이 장치는 이전 기술보다 효율을 높이고 제작단가를 낮춰 실용화에 한층 가까워진 '2세대 기술'로 평가된다.
울산과학기술원(UNIST)은 에너지및화학공학부 이재성 교수팀이 태양전지와 광촉매를 하나로 묶은 인공나뭇잎을 개발했다고 15일 밝혔다.
광합성은 식물이 뿌리에서 흡수한 물을 잎에서 이산화탄소와 햇빛을 받아 산소와 수소로 분해하는 과정이다. 이때 산소는 밖으로 배출하고 수소는 탄소와 결합해 영양분으로 만든다. 인공나뭇잎도 이와 유사하게 물을 수소와 산소로 분해해 차세대 에너지원으로 꼽히는 수소를 얻는다. 지난 2011년 다니엘 노세 미 하버드대학 교수가 처음 발표한 인공나뭇잎은 실리콘 태양전지 삼중접합 기술을 이용했는데, 실리콘 태양전지의 단가가 높아 경제성이 떨어진다는 한계가 있었다.
이 교수팀은 대신 값이 싸고 친환경적인 '비스무스 바나데이트 산화물'을 광촉매로 활용했다. 여기에 두 종류의 원소를 첨가하고, 코발트를 조촉매로 사용해 성능을 높였다. 또 햇빛을 흡수하는 역할은 주로 광촉매가 담당하고, 페로브스카이트 태양전지를 보조전지로 붙인 이중 접합 구조로 제작단가를 낮췄다. 주어진 태양광으로 에너지를 만드는 전환효율도 5%로 기존 인공나뭇잎(3%)보다 향상됐다.이재성 교수는 "값싸고 안정성이 뛰어난 광촉매 재료를 이용한 2세대 인공나뭇잎은 1세대 인공나뭇잎에 비해 구조뿐 아니라 효율 측면에서도 진보를 이뤘다"며 "인공나뭇잎으로 수소를 생산하는 기술이 실현되려면 효율과 가격 경쟁력이 모두 갖춰져야 하며 일반적으로 실용화를 위한 효율은 10% 정도로 보고 있는데 이번 연구가 중요한 전환점을 마련한 것"이라고 말했다.
이 연구 결과는 미국화학회에서 발행하는 학술지 'ACS나노(ACS Nano)'에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@
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