UNIST, 사탕수수 찌꺼기로 이산화탄소 배출 없이 수소 만든다

상용화 기준 생산 속도 4배

사탕수수 찌꺼기와 태양광을 이용한 고효율 이중 수소 생산 시스템 모식도. UNIST 제공

사탕수수 찌꺼기와 햇빛으로 수소를 생산하는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 장지욱·서관용 에너지화학공학과 교수팀과 조승호 신소재공학과 교수팀이 사탕수수 찌꺼기에서 나온 바이오매스와 실리콘 광전극으로 수소를 생산하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

수소는 연소 시 온실가스를 배출하지 않고, 무게 당 저장할 수 있는 에너지가 휘발유의 2.7배에 달해 차세대 에너지원으로 손꼽힌다. 하지만 현재 생산되는 수소는 80% 이상이 천연가스 등에서 추출한 ‘그레이’ 수소로, 이 과정에서 이산화탄소가 발생하는 문제가 있다.

연구팀은 사탕수수 찌꺼기에서 나온 푸르푸랄(Furfural)을 이용해 이산화탄소 배출 없는 수소 생산 광전기화학시스템을 개발했다. 푸르푸랄이 구리전극에서 산화되면 수소가 나오고, 남은 물질은 고부가가치 물질인 푸로산(furoic acid)으로 바뀐다. 반대쪽 전극인 실리콘 광전극에서도 물이 분해돼 수소를 만들어 낸다. 특히 결정질 실리콘 광전극과 전압 부담이 낮은 산화 반응을 조합해, 광전류 밀도와 장기 안정성을 모두 확보하면서 미국 에너지부가 제시한 상용화 기준을 4배 이상 초과하는 수소 생산 속도를 실현했다. 기존 광전기화학 수소 생산 기술의 낮은 전압 문제를 해결함으로써 상업화 가능성을 한층 높인 것이다.

장지욱 교수는 “개발된 기술은 태양광 기반 수소 생산 속도가 미국 에너지부의 상용화 기준보다 4배 높아, 태양광 수소의 경제성을 높이고 화석연료 기반 수소 대비 가격 경쟁력을 확보하는 데 중요한 역할을 할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 산업통산자원부, 한국에너지기술평가원의 글로벌 에너지인력양성사업 등의 지원을 통해 이뤄졌다. 연구 결과는 세계적 과학 저널인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난달 19일 자로 게재됐다.

울산= 박은경 기자 change@hankookilbo.com