IBS, 친환경 고효율 광촉매 시스템 개발
수소 생산성과 내구성 동시 확보..상용화 기여
수소 생산성과 내구성 동시 확보..상용화 기여
기초과학연구원(IBS)은 김대형 나노입자 연구단 부연구단장과 현택환 연구단장, 김민호 경희대 교수 연구팀이 공동으로 햇빛만으로 폐 페트병에서 수소를 생산할 수 있는 '친환경 고효율 광촉매 시스템'을 개발했다고 11일 밝혔다.
최근 차세대 청정 에너지원으로 주목받고 있는 수소는 메테인 수증기 개질 방식을 주로 활용하고 있지만, 고온·고압 조건에서 많은 에너지를 소모하고, 온실가스를 다량 배출하는 한계가 있다. 메테인 수증기 개질은 고온·고압 조건에서 메테인을 수증기와 반응시켜 수소를 생산하는 방식이다. 이를 통해 생산된 수소는 그레이 수소로 분류된다.
반면 광촉매 기반 수소 생산 기술은 무한한 에너지원인 태양에너지를 사용하고 온실가스 배출이 적다. 다만 극한 반응 조건에서 촉매 안정성과 수명이 심긱하게 떨어지는 문제가 있다.
연구팀은 광촉매를 고분자 하이드로겔로 감싸 안정화시켜 기존 분말 촉매의 손실이나 반응 저하 없이 수소 생산성과 내구성을 동시에 확보하는 데 성공했다.
강알칼리 조건에서도 두 달 이상 성능을 유지해 높은 내구성도 입증했다. 개발된 광촉매 시스템은 바닷물, 수돗물 등 다양한 수질 환경에서 작동 가능하고, 폐 페트병을 원료로 자연광 아래 1㎡의 대면적 조건에서 수소를 생산해 냈다. 아울러 10∼100㎡규모에서의 시뮬레이션과 경제성 분석을 통해 온실가스 배출 없이 적은 비용으로 수소 생산이 가능함을 입증했다.
김대형 IBS 부연구단장은 "폐플라스틱을 에너지 자원으로 전환하는 기술로, 환경 문제 해결과 청정에너지 확보라는 두 가지 과제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 방법을 제시했다"며 "재료 설계부터 반응 환경까지 통합적으로 접근함으로써 친환경 촉매 기술의 상용화 가능성을 한층 앞당긴 성과"라고 평가했다.
현택환 IBS 연구단장은 "자연광과 폐기물, 다양한 수질환경 등 실제 조건에서도 고효율, 고내구성을 유지할 수 있음을 입증한 매우 드문 사례"라며 "수소 기반 탄소중립 시대를 앞당길 수 있는 핵심기술로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지(11일자)' 온라인판에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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