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오피니언임희천의 수소이야기
[임희천의 수소이야기(19)]태양광 수소
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승인 2019.09.03  21:14:55
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▲ 임희천 소지식그룹컨설팅Lab 소장·수소산업협회 기술부회장

지구의 모든 에너지의 원천은 태양이다. 우리가 지금까지도 잘 쓰고 있는 화석연료도 태양이 만들어준 나무나 유기물들에서 비롯됐다. 자연에너지인 풍력, 파력 등의 에너지도 그 근원은 태양이고, 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하여 사용하는 태양전지도 있다. 또한 태양은 거대한 수소를 끊임없이 융합하는 핵 융합장치이기도 하다.

물을 분해하여 수소를 생산하기 위해서는 전기, 빛 등과 같은 자유에너지와 열에너지가 필요하며 이 두 가지의 협력에 의해서만 효율적으로 수소와 산소를 생산할 수 있다. 전기에너지와 태양의 빛에너지는 물을 분해하는 데 있어서 가장 좋은 자유에너지원이다. 지구표면에 끊임없이 빛을 비추는 자유에너지의 원천인 태양광을 직접 이용하여 수소를 만들 수 있다면 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있을 것이다. 즉 태양광을 이용하여 수소를 물에서 만드는 것이 결국 수소에너지시스템을 완성하는 중요한 과제가 될 수 있다.

태양광을 이용하여 물 분해하는 방법에는 식물의 광화학반응인 광합성을 이용하는 방법이 있다. 인공적으로 만든 엽록소를 이용하여 물을 분해하는 방법이다. 또한, 광합성의 원리를 이용하여 수소를 생산하는 방법인 열화학적인 수소 생산 방법도 있다. 그러나 최근 가장 주목받는 기술은 광촉매를 이용하여 태양광으로 물을 분해하는 방법이다.

1970년대 티타늄 옥사이드(TiO2)라는 단결정에 직접 빛을 비추면 물이 분해된다는 사실이 밝혀지면서 광촉매에 의한 물분해 기술이 개발되기 시작했다. 태양광이 광반도체라 불리는 전극에 조사되면 전해질 용액 내 있는 물이 분해하여 수소와 산소가 생성된다. 현재 효율 좋은 광촉매가 개발 중에 있고, 향후 대형화하는 경우 실용화될 것으로 기대된다. 최근에는 태양전지와 광화학 셀을 연결하여 직접 물 분해하여 수소를 더욱 많이 생산할 수 있는 방법도 개발되고 있다. 울산과학기술원은 국내 최고 광촉매 기술에 의한 수소생산기술을 연구하고 있다. 재생에너지에 의한 경제성 있는 수소 생산이 실용화되기까지는 많은 노력이 필요하지만, 재생에너지 기반 미래 수소 생산기술에 관한 관심은 울산의 수소산업발전에 큰 도움이 될 것이다. 임희천 소지식그룹컨설팅Lab 소장·수소산업협회 기술부회장

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