태양광을 이용해 물에서 청정에너지인 수소에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 기술이 개발돼 주목을 받고 있다.

한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업의 지원을 받은 연세대 박종혁 교수·포스텍 김종규 교수 공동연구팀이 태양광을 재활용해 물에서 수소에너지 생산기술의 효율을 높였다고 밝혔다.

현재 화석연료를 대체할 수 있는 청정 수소에너지를 생산하기 위해 태양광을 이용한 광전기화학적 물 분해방식이 쓰이고 있다. 하지만 광전기화학셀을 작동하기 위해 태양광에너지에 추가로 전압을 공급해야 해 비용이 많이 드는 단점이 있다. 최근 광전기화학셀에 태양전지 소자를 결합해 태양광만으로 수소에너지를 생산할 수 있는 기술이 개발됐지만 이 또한 수소에너지 전환 효율이 4∼5%에 불과하다는 한계가 있다.

이에 연구팀은 햇빛을 재활용할 수 있는 핵심장치를 자체적으로 개발해 수소 전환 효율을 크게 높였다. 먼저 광전기화학셀-태양전지 적층(Tandem) 소자에 태양광을 파장에 따라 선택적으로 반사/투과시킬 수 있는 ‘전도성 분포 브래그 반사기’를 적용해 자가발전 수소생산 시스템을 개발했다.

햇빛을 재활용하기 위한 핵심장치인 전도성 분포 그래그 반사기는 태양광의 특정 파장을 선택적으로 반사/투과시킴으로써 적층소자 내에 햇빛의 흡수를 극대화 시킬 수 있는 장치이다.

연구팀이 개발한 이 시스템은 태양광 재순환을 통해 태양광 에너지 수소 전환 효율을 7% 수준까지 끌어 올리는데 성공했다. 이는 외부에서 전기를 걸어 주거나 다른 보조장치가 필요하지 않으며 기존의 복잡한 고가 시스템을 단순화한 것으로써 저가의 산화물 반도체 소재를 활용해 햇빛으로부터 수소에너지를 생산하는 기술로는 세계 최고 수준이인 것으로 전해졌다.

연구팀 박종혁 교수는 “이번 연구 성과는 태양광 재사용을 통해 무한한 에너지원인 태양광에서 수소를 생산하는 등 보다 효율적으로 에너지를 활용할 수 있는 기술을 개발한 것”이라며 “추후 태양전지, 발광소자(LED) 등에 적용할 수 있어 에너지 절감 및 차세대 에너지 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.