[에너지에프엔 정진성 기자] 태양광 패널에서 청정 그린수소를 생산할 수 있는 혁신 기술이 공개됐다.

최근 독일 칼스루에공과대학 연구진들은 물분해 광촉매가 적용된 패널형 광반응기를 설계했다고 10일(현지시각) 밝혔다.

깨끗한 녹색 수소는 실제로 전기 분해라는 과정을 통해 태양열 패널에서 생산할 수 있다. 광전지(PV) 패널이라고도 하는 태양 전지판은 광전지 효과를 사용하여 햇빛을 전기로 변환한다. 그것들은 햇빛에 노출될 때 전류를 생성하는 반도체 재료, 일반적으로 실리콘으로 만들어진 여러 개의 태양 전지로 구성된다.

햇빛이 태양광 패널에 닿으면 빛의 광자가 반도체 재료의 전자를 여기시켜 전자의 흐름을 만들고 전기를 생성한다. 이 전기는 직류(DC) 형태이며 다양한 장치에 전원을 공급하거나 배터리에 저장할 수 있다.

태양열 패널에서 생성된 전기는 전기분해를 통해 물(H2O)을 수소(H2)와 산소(O2)로 분리하는 장치인 전해조로 보내질 수 있다. 전기분해는 물에 전류를 흐르게 하여 물 분자를 구성 요소로 분해하는 것이다.

전기분해 동안 전류는 물 분자를 분리하여 수소 이온(H+)이 음극(음극)에 끌리고 산소 이온(O2-)이 양극(양극)에 끌린다. 수소 이온은 결합하여 수소 가스(H2)를 형성하고 다양한 용도로 수집 및 저장된다.

전기 분해에 필요한 전기를 생성하기 위해 태양 전지판을 사용하면 공정이 깨끗하고 친환경적이 된다. 태양광 패널은 재생 가능한 에너지원인 태양광에서 전기를 생산하기 때문에 이 방법을 통해 생산된 수소는 깨끗하고 지속 가능한 것으로 간주된다. 수소 생산 과정에서 온실 가스를 배출하거나 대기 오염에 영향을 주지 않는 청정 에너지가 된다.

이번에 개발된 광반응기는 수백 개의 병렬형 반응 채널로 구성됐으며 각 채널에는 V자 모양의 집중 장치와 튜브형 공간이 내재돼 있다. 

V자 모양의 집광기는 다양한 방향의 빛을 수집해 튜브 모양의 거울로 보낸다. 입사되는 방향이나 태양의 위치에 관계없이 들어오는 햇빛을 광촉매에 전달한다.

광반응기는 광촉매와 화학 반응을 위한 물질을 포함한다. 광촉매를 통해 전기화학반응을 유도하는 과정엔 광합성 원리가 적용됐다. 알루미늄으로 코팅돼 빛반사가 용이한 것도 특징이다. 

독일 칼스루에공과대학 폴 칸트 박사는 “지붕이나 전용 태양광 발전소에서 수소를 생산할 수 있는 패널형 광반응기”라면서 “반응기 설치에 소요되는 비용을 크게 줄였기 때문에 높은 경제적 잠재력을 가지고 있다”고 소개했다. 

이어 “햇빛을 수확하는 모든 액체, 가스 또는 이질적인 다상 광촉매 시스템에 모두 적용할 수 있다”고 설명했다.

관련 연구 성과는 ‘광자/에너지 효율이 높은 태양 구동 합성을 위한 저비용 광반응기(Low-cost Photoreactors for Highly Photon/energy-efficient Solar-driven Synthesis)’라는 제목으로 저널에 게재됐다.

한국수소에너지연합 이진구 소장은 "태양광 패널을 활용하여 전기 분해를 위한 전기를 생성함으로써 수소 생산은 친환경적이고 지속 가능한 공정이 된다"라며 "태양 전지판은 태양 에너지를 포착해 전기로 변환한 다음 이 전기가 전기 분해 공정에 동력을 공급하여 물 분자를 분리하고 깨끗한 수소를 생성한다"리고 설명했다. 

이어 "이 녹색 수소는 연료 전지, 운송, 에너지 저장 및 산업 공정과 같은 다양한 응용 분야를 위한 다목적 저탄소 에너지 운반체로 사용될 수 있으며, 전통적으로 화석 연료에 의존하는 부문의 탈탄소화에 기여할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.