골칫거리 폐태양광 패널서 ‘수소 생산하고, 화학소재 얻고’

울산과기원, 패널서 나오는 실리콘 활용한 새 공정 개발 실리카막 제거해 수소생산 5배 향상, 성능 우수한 실리카 얻어 매립과 소각이 어려운 태양광 폐패널을 경제적이면서 친환경적으로 처리해 수소와 산업용 소재를 얻을 수 있는 기술이 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST)은 백종범 에너지화학공학과 교수팀이 폐태양광 패널의 실리콘을 활용해 고순도 수소와 고부가가치 산업용 소재인 실리카를 동시에 생산하는 고효율 공법을 개발했다고 6일 밝혔다. 태양광 발전 설비가 빠르게 늘면서 수명을 다한 태양광 패널 처리가 새로운 환경 과제로 떠오르고 있다. 태양광 패널의 설계 수명은 대략 20∼30년으로, 2000년대 초반 설치된 1세대 태양광 설비들이 최근 대거 폐기 단계에 들어서고 있다. 국제재생에너지(IRENA)는 전 세계 태양광 폐패널 발생량이 2050년 최대 약 7800만톤에 이를 것으로 전망했다. 하지만 태양광 패널의 핵심 소재인 실리콘은 고순도 정제 과정에 많은 에너지와 비용이 들어가지만, 폐패널에서는 대부분 부가가치가 낮은 소재를 얻는 데 그치고 있다. 실리콘은 물과 반응해 수소와 실리카(이산화규소)를 만들 수 있지만, 실제 반응이 시작되면 표면에 실리카 피막이 형성돼 수소 생산량에 제약이 있다. 연구팀은 충돌·마찰 등 기계적 힘을 활용해 실리카막을 제거하는 공정을 개발했다. 작은 구슬이 들어 있는 용기에 실리콘과 물을 넣고 굴려 구슬과 실리콘 입자가 서로 부딪히면서 실리카 보호막을 반복해서 부수고 벗겨내는 원리다. 실험 결과 상용 실리콘 1g당 약 1706㎖의 수소를 생산했는데, 이론적 최대 생산량의 99.6%에 해당하는 수준이다. 기존 열화학 방식보다 최대 5배 높은 수소 생산 효율이라고 연구팀은 설명했다. 폐태양광 패널에서 직접 얻은 실리콘 가루를 이용한 실험에서도 이론적 최대치의 약 98% 수준에 이르는 수소 생산 성능을 기록했다. 생산될 실리카는 이산화탄소를 메탄으로 바꾸는 화학 반응에서 상용 실리카를 사용한 촉매보다 더 높은 이산화탄소 전환율과 메탄 선택도를 기록했다. 백종범 UNIST 교수는 “태양광 폐패널에서 나오는 실리콘을 활용해 친환경적으로 수소를 생산하면서도 산업적으로 활용 가능한 실리카까지 얻을 수 있음을 확인했다”며 “폐태양광 패널의 고부가 가치자원으로 변모시켜 자원 순환 경제에 기여할 것”이라고 말했다. 연구 결과는 에너지 분야 학술지 ‘줄’(Joule) 지난달 27일 온라인에 게재됐다.