태양광으로 그린 수소 생산…新구조 ‘비금속 광촉매’ 개발 상업화 실현하려면, 고효율 촉매의 대량 생산법 연구 이어져야 국내 연구진이 가시광선에 감응해 탄소 배출 없이 그린 수소를 생산할 수 있는 광촉매를 개발했다.한국연구재단은 인하대학교 박성진 교수와 김정호 교수 연구팀이 그린 수소를 생산할 수 있는 새로운 구조의 고효율 질화 탄소(carbon nitride) 광촉매를 개발했다고 18일 밝혔다.그린 수소를 생산하는 수소 생산 반응(hydrogen evolution reaction, HER)은 화석 연료나 전기 에너지를 사용하지 않고 태양에서 오는 빛 에너지만을 이용해 수소를 생산한다.그린 수소에 대한 관심에도 불구하고 촉매 효율이 제한적이라는 기술적 한계가 있었다. 또한, 우수한 성능을 보인 기존의 광촉매들은 대부분 금속을 함유하는 물질로 환경오염을 유발할 수 있었다. 연구팀은 친환경성과 경제성을 갖춘 고효율 광촉매 개발에 초점을 맞췄다. 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선을 흡수하기에 적합한 ‘밴드 구조’를 가지며, 무독성, 저비용 등의 장점을 지닌 비금속 기반의 질화 탄소물에 집중했다.개발한 광촉매에 대해 연구팀은 비금속 기반으로, 물을 사용하지 않고 만든 기존 질화 탄소 광촉매 보다 약 12배 이상의 수소 생산 광촉매 성능을 나타냈다고 했다. 더불어, 안정성과 내구성을 갖추고 있으며, 분자 수준에서 수소 결합 감소, 결정성 증가 등 촉매 성능을 높였다고 덧붙였다.다만, 그린 수소 생산의 상업화를 위해서는 촉매 성능의 극대화, 고효율 촉매의 대량 생산법 개발, 촉매 물질의 저독성, 친환경성 검증 등의 추가 연구가 필요하다고 부연했다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견후속연구) 등의 지원으로 수행했다.

태양광으로 그린 수소 생산…新구조 ‘비금속 광촉매’ 개발

상업화 실현하려면, 고효율 촉매의 대량 생산법 연구 이어져야

기사입력 2022-04-18 15:16:41

[산업일보]
국내 연구진이 가시광선에 감응해 탄소 배출 없이 그린 수소를 생산할 수 있는 광촉매를 개발했다.

한국연구재단은 인하대학교 박성진 교수와 김정호 교수 연구팀이 그린 수소를 생산할 수 있는 새로운 구조의 고효율 질화 탄소(carbon nitride) 광촉매를 개발했다고 18일 밝혔다.

그린 수소를 생산하는 수소 생산 반응(hydrogen evolution reaction, HER)은 화석 연료나 전기 에너지를 사용하지 않고 태양에서 오는 빛 에너지만을 이용해 수소를 생산한다.

태양광을 흡수하여 질화 탄소 광촉매가 수소를 생산하는 모식도 (자료=인하대학교 박성진 교수)

그린 수소에 대한 관심에도 불구하고 촉매 효율이 제한적이라는 기술적 한계가 있었다. 또한, 우수한 성능을 보인 기존의 광촉매들은 대부분 금속을 함유하는 물질로 환경오염을 유발할 수 있었다.

연구팀은 친환경성과 경제성을 갖춘 고효율 광촉매 개발에 초점을 맞췄다. 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선을 흡수하기에 적합한 ‘밴드 구조’를 가지며, 무독성, 저비용 등의 장점을 지닌 비금속 기반의 질화 탄소물에 집중했다.

개발한 광촉매에 대해 연구팀은 비금속 기반으로, 물을 사용하지 않고 만든 기존 질화 탄소 광촉매 보다 약 12배 이상의 수소 생산 광촉매 성능을 나타냈다고 했다. 더불어, 안정성과 내구성을 갖추고 있으며, 분자 수준에서 수소 결합 감소, 결정성 증가 등 촉매 성능을 높였다고 덧붙였다.

다만, 그린 수소 생산의 상업화를 위해서는 촉매 성능의 극대화, 고효율 촉매의 대량 생산법 개발, 촉매 물질의 저독성, 친환경성 검증 등의 추가 연구가 필요하다고 부연했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견후속연구) 등의 지원으로 수행했다.

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김원정 기자 sanup20@kidd.co.kr

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