이재성·장지욱 교수팀, 대형 광전극 제조 기술 개발
울산과학기술원(UNIST)은 태양광 수소를 상업적으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
UNIST에 따르면 에너지화학공학과 이재성·장지욱 교수 공동연구팀은 아일랜드 틴달 국립연구소와 협력해 프린터에 사용되는 전자동 잉크젯 프린팅 기술을 활용한 대형 광전극 제조 기술을 개발했다. 잉크젯 프린팅 기술은 일반적인 인쇄 용도 외에도 소재 개발을 위한 고속·대량 스크리닝(다수 물질에 대한 분석을 고속으로 동시에 수행하는 탐색 방법)이나 대규모 박막태양전지 제조에 활용되고 있다.
연구팀은 잉크젯 프린팅 기술을 대형 광전극 제조를 위한 스케일업(실험실에서 성공한 프로세스를 상업 규모 장치로 확대하는 것)에 최초로 활용했다. 태양광 수소 기술은 이산화탄소 발생이 전혀 없는 그린수소 생산 기술 중 가장 이상적인 기술로 평가받고 있지만, 효율이 충분하지 않아 기존 화석 연료 개질로 생산되는 수소에 비해 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 있다.
태양광 수소를 생산하기 위한 핵심 요소인 광전극의 성능은 전체 수소 생산 시스템의 효율과 경제성을 결정한다. 연구개발용 광전극은 1㎠ 미만 소형으로, 실용화 규모인 1㎡까지 크기를 키우기 위해서는 1만 배 정도 스케일업이 필요하다.
하지만 이러한 스케일업 과정에서 수소 생산 효율은 급격하게 떨어지게 되며, 실험실에서 사용하는 수동식 제조법으로는 실용화와 함께 광범위한 보급을 위한 대량 제조가 불가능하다. 이 때문에 태양광 수소 생산을 상업화하기 위해선 대형 광전극을 높은 효율로 유지하면서 대량 제조할 수 있는 자동화 스케일업 기술이 필요하다.
연구팀이 광전극 스케일업 방법으로 활용한 잉크젯 프린팅 기술은 다른 기술에 비해 경제적이고, 다양한 기능의 복합 다중막으로 구성된 광전극을 일관성 있게 프린팅할 수 있다. 큰 면적에서도 높은 성능을 유지할 수 있고, 전자동 시스템으로 생산성이 뛰어나다는 점이 장점이라고 연구팀은 설명했다.
이재성 교수는 "지금까지 실험실에서 태양광 수소 전환 효율을 높이는 데 연구개발의 초점이 맞춰져 있었다면, 앞으로는 조속한 실용화를 위해 스케일업 기술 개발과 현장 실증에 역량을 집중해야 한다"며 "2030년 이전에 태양광을 이용한 그린수소 기술이 상용화가 될 것으로 기대한다"고 말했다.
한편, 연구 결과는 미국 '셀 프레스'(Cell Press)에서 발행하는 에너지 분야 학술지 '줄'(Joule) 5월호 표지 논문으로 선정됐으며, 5월 17일 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다.
헬로티 이창현 기자 |
