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수소연료 대량 생산의 길 ‘활짝’

수소연료 대량 생산의 길 ‘활짝’

태양광 이용해 물에서 오염 없는 수소연료를 싸고 효율적으로 만드는 혁신적인 신기술 개발돼
도요타의 컨셉트 카는 수소연료 전지로 움직인다. / 사진:TOYOTA
수소는 우주에서 가장 풍부한 원소다. 따라서 많은 사람이 수소 연료를 미래 에너지 수요의 해법으로 꼽는 것도 당연한 듯하다. 수소는 연소할 때 물만 배출한다는 점을 감안할 때 더욱 그렇다. 그러나 물이나 화석연료 같은 자원에서 수소연료를 대량으로 추출하기는 대단히 어렵다. 많은 에너지가 필요할 뿐 아니라 그 밖에도 여러 가지 제약 요인이 있다.

태양광을 이용해 물을 수소연료로 변환하는 방법으로 실용성을 높일 수 있지만 현재로선 고가의 귀금속을 필요로 하는 광촉매(빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 물질)에 의존하기 때문에 용량에 제한이 따른다.

하지만 최근 오사카대학 연구팀이 물에서 수소를 추출하는 새로운 광촉매를 개발했다. 고가의 금속을 쓰지 않고 과거 어느 때보다 폭넓게 태양광을 흡수한다. 이들의 연구결과는 미국 화학회저널(Journal of the American Chemical Society)에 발표됐다.

논문 대표 작성자 마지마 테츠로 연구원은 “흑연질화탄소(graphitic carbon nitride)와 흑린(black phosphorous)을 이용한 새로운 합성 광촉매로 물에서 다량의 수소를 만들어내는 방법을 찾아내 기쁘다”며 “그러나 근적외선에서 저조도의 빛(low-energy light)을 이용할 때도 광촉매가 계속 수소를 생산하는 뜻하지 않은 결과도 얻었다”고 말했다.

기존의 질화탄소 기반 광촉매는 귀금속과 결합해야 물에서 수소를 추출할 수 있었다. 그러나 연구팀은 이번 실험에서 저렴하고 풍부한 원소인 인으로 귀금속을 대신했고 다양한 조도 조건에서 수소를 생산할 수 있었다. 저에너지의 근적외선에서도 그 방법이 효과적이었다.

마지마 연구원은 “수소 경제가 앞으로 넘어야 할 산이 매우 많지만 우리 연구는 널리 풍부하게 존재하는 원소 기반의 광촉매로 물에서 수소 연료를 싸고 효율적으로 생산할 잠재력을 입증했다”고 말했다. “이는 다른 수소 기반 기술들을 경제적·환경적으로 실현 가능하게 만드는 목표를 향한 중요한 한 걸음이다.”

- 아리스토스 조르주 아이비타임즈 기자

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