백종범 UNIST 교수팀 고효율 공법 개발
고부가가치 실리카도 동시 생산
울산과학기술원(UNIST)이 태양광 발전용 폐패널을 획기적으로 재활용할 수 있는 신기술을 개발했다. 2차 환경 오염 때문에 매립이 어렵고 고온 소각도 쉽지 않은 폐패널을 경제적 친환경적으로 처리할 수 있는 기술이다.
백종범 UNIST 에너지화학공학과 교수팀은 태양광 폐패널 속 실리콘을 재활용해 고순도 수소와 고부가가치 산업용 소재인 실리카를 동시 생산하는 공법을 개발했다고 6일 밝혔다.
이론적으로 실리콘을 물과 반응시키면 수소와 실리카를 만든다. 하지만 실제로는 반응을 시작하자마자 실리콘 표면에 형성된 실리카 피막이 물의 접근을 차단해 반응이 멈춰 버린다. 이 때문에 수소 생산량 또한 이론적 최대 생산량에 비해 턱없이 낮다.
백 교수팀은 특정 약제를 사용하지 않고 이 실리카막을 쉽게 제거할 수 있는 공법을 개발했다. 실리콘과 물을 작은 구슬이 들어 있는 용기에 넣고 굴리면 구슬과 실리콘 입자가 서로 부딪혀 실리카 보호막을 부수고 벗겨내는 원리를 이용했다. 이 공법을 사용하면 고순도 수소를 기존보다 최대 5배 많이 생산할 수 있다.
실제 실험 결과, 이 공법은 상용 실리콘 1g당 약 1706mL의 수소를 생산했다. 이론적 최대 생산량(1713mL g⁻¹)의 99.6%에 해당하는 수준이다. 일반적 열화학 방식이 이론 최대치의 약 18~28% 수준에 머무는 것과 비교해 최대 5배 높은 생산 효율이다. 폐패널에서 거둔 실리콘 가루를 이용한 실험에서도 이론적 최대치의 약 98%에 이르는 생산 효율을 나타냈다.
이 공법으로 함께 생산한 실리카는 촉매 지지체로서 우수한 성능을 보였다. 지지체는 촉매의 활성 금속 입자를 고르게 분산하고 고정하는 물질이다.
경제성 측면에서 볼 때 이 공정의 수소 생산 단가는 기존 열화학 방식보다 수십에서 수천 배나 저렴하다. 부산물인 실리카로 얻는 수익을 제외한 계산이다.
실리카 판매 이익까지 더할 경우 수소를 생산하면 할수록 수익이 늘어나는 '마이너스 비용 구조'도 가능하다는 분석이다. 끊임없이 기계를 돌리는 연속식 공정에서 생산량과 에너지 효율이 훨씬 뛰어나 향후 대규모 산업 현장에 바로 투입하기에 수월하다.
백종범 교수는 “태양광 폐패널에서 나오는 실리콘을 활용해 친환경적으로 수소를 생산하면서 산업적으로 활용 가능한 실리카까지 얻을 수 있다는 점이 이 기술의 장점”이라며 “처치 곤란인 폐태양광 패널을 고부가가치 자원으로 탈바꿈시켜 자원 순환 경제를 구축하는 데 큰 도움이 될 것“이라고 말했다.
연구 결과는 에너지 분야 학술지 줄(Joule) 3월 27일자 온라인으로 실렸다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
