LED 빛으로 수소 생산
울산과학기술원(UNIST)이 실내 조명으로 수소를 생산할 수 있는 '인공 나뭇잎'을 개발했다. 조명 전력을 재활용한 청정 수소 생산 기술이다.
장지현 UNIST 에너지화학공학과 교수팀은 효율적인 광전극에 수소 생산 촉매를 결합한 방식으로 수소 생산 인공 나뭇잎을 개발했다고 19일 밝혔다. 이 인공 나뭇잎에 LED 빛을 쏘이면 수소를 생산할 수 있다.
인공 나뭇잎에서 가장 중요한 요소는 광전극이다. 광전극은 식물의 엽록소처럼 빛을 받아 전하 입자를 만든다.
문제는 실내 조명이 햇빛보다 약하다는 것이다.
장 교수팀은 약한 실내 조명으로 인해 부족한 전하 입자량을 보완하기 위해 황화물(CdS) 기반 광전극을 개발하고, 여기에 이산화티타늄(TiO₂)을 접합한 나뭇잎 구조를 설계했다. 광전극에서 만든 전하 입자는 이산화티타늄층을 거쳐 나뭇잎 뒷면의 수소 생산 촉매층(3차원 니켈)으로 전달되고, 물과 반응해 수소를 생산한다.
황화물 기반 광전극은 햇빛보다 약한 실내 조명을 잘 흡수하고 전하 입자도 잘 만든다. 또 접합 구조는 양전하와 음전하 입자가 재결합해 사라지는 것을 막아 한정된 전하의 손실을 예방한다.
장 교수팀은 광전극에 인산염(Pi)을 코팅해 황화물의 광부식을 막고 전하 이동 속도는 높여 인공 나뭇잎의 내구성과 효율을 동시에 확보했다.
이 인공 나뭇잎은 실내 조명만으로 119~120마이크로암페어(㎂/㎠)의 광전류를 기록했고 12시간 후에도 초기 성능의 94%를 유지했다. 고가의 백금 촉매를 사용했을 때(121㎂/㎠)와 유사한 수준이다.
장 교수팀은 85㎠ 인공 나뭇잎 4개를 직렬로 연결한 대형 모듈도 제작했다. 이 모듈은 실내 조명 아래에서 총 5밀리암페어(㎃)의 광전류를 기록했다.
장지현 교수는 “실내 조명은 날씨에 민감한 태양광과 달리 꾸준하다는 장점이 있다. 이번 연구로 실내에서 버려지던 빛을 수소 생산 에너지원으로 재활용할 수 있다는 것을 확인했다”고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
