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[뉴스에프엔 김맹근 기자] 태양 에너지를 직접 활용해 수소를 생산하는 ‘광촉매 물 분해’ 기술이 새로운 전환점을 맞이했다. 기존 삼상(고체-액체-기체) 반응 구조의 비효율성을 극복한 혁신적 2상 시스템이 개발되면서, 청정 수소 생산의 상용화 가능성이 한층 높아졌다는 평가다.
중국의 마오창 류(Maochang Liu) 교수가 주도한 연구팀은 최근 광열 기판과 고성능 광촉매를 결합한 고정식 광열-광촉매 물 분해 시스템을 발표했다. 이 기술은 태양광을 활용해 물을 증발시킨 뒤 증기 상태에서 수소를 생산하는 방식으로, 기존의 액체 기반 삼상 반응에서 발생하던 낮은 에너지 활용 효율과 느린 물질 전달 문제를 효과적으로 개선했다.
연구진은 황화카드뮴(CdS)과 코발트 페라이트(CoFe₂O₄)를 결합한 pn 이종접합 광촉매를 제작하고, 어닐링된 멜라민 스폰지를 광열 기판으로 사용했다. 이를 통해 삼상 구조를 보다 단순화된 ‘기체-고체 2상 시스템’으로 전환, 254.1 μmol/h의 수소 발생 속도를 구현하는 데 성공했다. 이는 기존 시스템에 비해 현저히 향상된 수치다.
광촉매 물 분해는 태양광을 받아 전자를 들뜨게 한 뒤 물을 수소와 산소로 분해하는 방식으로, 청정하고 지속 가능한 수소 생산법으로 주목받고 있다. 그러나 효율성, 촉매 안정성, 태양광 활용 스펙트럼의 한계 등이 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.
류 교수는 “이번 2상 시스템은 태양 에너지 활용도를 높이고 반응 온도를 개선했으며, 촉매 계면에서의 가스 수송 저항을 줄여 수소 생산 효율을 크게 끌어올렸다”며 “향후 태양 기반 수소 생산 기술의 상용화에 중요한 길잡이가 될 것”이라고 강조했다.