IEEE, 수소 생산하는 태양전지판 소개
벨기에 연구팀, 하루 250ℓ 수소 생산 주장

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 미국 전기전자엔지니어협회)는 3월 13일에 물 분자를 분리해 수소를 생산하는 태양전지판을 소개했다.

루벤가톨릭대학교(Katholieke Universit Leuven, 벨기에)의 연구팀은 공기 중의 수분을 이용해 햇빛을 수소로 직접 변환하는 태양전지판을 개발했다고 밝혔다. 이 시제품(prototype)은 수증기를 이용해 수소와 산소 분자로 분화한다. IEEE는 이 기술이 성공적으로 개발된다면, 수소 경제가 직면한 주요 도전을 극복하는 데 도움이 될 것으로 분석했다.

수소는 화석 연료와 달리 연료전지 자동차나 건물에 사용될 때 온실 가스 배출이나 대기 오염을 일으키지 않는다. 그러나 오늘날 생산되는 대부분의 수소는 천연가스와 관련된 산업 공정을 통해 만들어졌고, 이것은 궁극적으로 대기 중으로 더 많은 배출가스를 내보낸다.

미국 중부플로리다대학교의 ‘플로리다 태양 에너지 센터’를 관장하는 짐 펜튼(Jim Fenton)은 “수소를 더 쉽거나 효율적인 방법을 발견하는 것은 성배(Holy Grail) 탐색과 견줄만 하다”라고 말했다.

루벤가톨릭대학교 표면화학분석센터의 요한 마르텐스(Johan Martens) 교수 연구팀은 그들의 시제품이 1년간 하루 평균 250ℓ의 수소를 생산할 수 있다고 밝히고 있다. 이 기술을 활용한다면, 벨기에의 단열이 잘된 집에 사는 한 가족이 1년간의 전력과 난방 수요를 충족하기 위해 약 20개의 패널만 사용하면 될 것이라고 설명했다.

태양전지판은 길이 1.65m, 즉 주방용 냉장고 정도의 높이인데, 약 210와트의 정격 출력을 갖고 있다. 연구팀은 이 시스템이 15%의 태양에너지를 수소로 바꿀 수 있다고 주장했다. 그것은 그들이 10년 전에 처음 달성했던 0.1%의 효율에 비해 상당한 진전을 이룬 것이다.

그러나 IEEE는 마텐스 교수 측이 기술에 관해서는 입을 굳게 다물고 있다고 지적한다. 톰 보세레즈(Tom Bosserez)박사후 과정 연구원은 지적재산권 우려로 구체적인 공개를 거부했다고 한다.

그는 IEEE와의 이메일 인터뷰에서 “이 분야에 대한 전문성을 살려, 공중에서 물을 받아 태양 에너지를 이용해 수소를 분리하는 데 매우 효율적인 시스템을 개발할 수 있었다”고 전했다. 이어 “10년의 개발 과정에서 연구진들이 직면했던 도전 중 가장 어려웠던 부분은 공기 중에서 물을 빼내는 일”이라고 덧붙였다.

그들의 논문에 따르면, 연구진들은 마이크로미터 크기의 공극 치수를 지닌 다기능 실리콘 태양전지, 망간(Ⅲ) 산화물로 만든 박막 촉매, 수산화칼륨 용액과 니켈 기반의 촉매와 관련된 폴리(비닐 알코올) 음이온 교환막 등 다양한 물질의 효능을 연구해 왔다.

마텐스 교수는 “일반적으로 그의 팀이 귀금속과는 다른 저가의 원료를 사용하고 있다”고 말했다. 그는 벨기에 공영방송인 VRT와의 인터뷰에서 “가격도 저렴하고 사실상 어디에서든 사용할 수 있는 지속가능한 설계를 하고 싶었다”고 언급했다.

연구원들은 그들의 시제품을 벨기에 우드히벌리(Oud-Heverlee)의 한 주택에서 실험할 계획이다. 수소는 여름철에 작은 지하 압력 용기에 보관되고, 겨울철에는 (난방용 등으로 사용할 수 있도록) 주택 쪽으로 배출된다.

하지만 플로리다 태양 에너지 센터의 펜튼은 “수소를 생산하는 태양전지판이 경제적으로 실행 가능한지, 혹은 언제 가능하게 될지를 가늠하기에는 아직 너무 이르다”고 꼬집었다. 이 기술은 아직 초기 개발 단계에 머무르고 있으며, 특히 미국에서는 천연가스와 같은 기존 가열연료가 비교적 저렴하기 때문이다.

그러나 각국이 기후변화를 해결하기 위해 노력하고 있고, 옥상 태양광과 같은 재생에너지 인프라를 설치하는 지역사회들이 많아짐에 따라, 그는 이러한 수소시스템에 대한 잠재력이 있다고 보고 있다.

펜튼은 “이 연구개발이 잘 이뤄진다면, 이 기술은 수소를 저장해서 집의 난방, 요리, 연료전지 자동차에 활용할 수 있을 것”이라며, “이것은 머지않은 미래에 기회로 다가오겠지만, 아직 우리가 풀어야 할 숙제가 많다”고 강조했다.

더 자세한 내용은 IEEE 누리집 내 SPECTRUM (https://spectrum.ieee.org )에서 확인할 수 있다.