한국표준과학연구원(KRISS)은 탄소 배출 없이 태양광으로 물을 전기 분해해 ‘그린 수소’를 생산할 수 있는 ‘태양광 전극 보호막’ 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

그린 수소는 신재생 에너지 등을 이용해 탄소를 배출하지 않고 생산하는 수소를 일컫는데, 태양광을 흡수할 수 있는 전극을 물에 담근 후 전기로 물을 분해해 수소를 얻는 방식이 대표적이다.

다만 태양광과 물에 의해 전극이 쉽게 부식되는데, 이를 방지하려고 보호막을 씌우면 전기 전도율이 떨어지고 수소 생산 효율도 낮아지는 단점이 있다.

태양광 전극 보호막에 주로 쓰이는 이산화타이타늄 등 산화물 소재는 전기가 잘 통하지 않지만, 보호막 제조 공정에서 전하가 이동할 수 있는 통로 역할을 하는 산소 결함(defect)이 형성되면 물 분해를 할 수 있다.

연구진은 산소 결함 양에 따라 전하가 이동하는 원리를 규명하고, 광전극의 수명 연장과 수소 생산에 최적화된 결함 양을 제시하는 데 성공했다.

기존 연구들이 보호막 제조 공정상 자연스럽게 형성되는 산소 결함에 의존한 것과 달리 이번 연구에서는 산소 결함의 양을 의도한 대로 조절할 수 있는 생산방식을 제안한 것이다.

산업계에서 이미 널리 쓰이고 있는 공정을 활용해 양산할 수 있는 방식이다.

보호막 없는 광전극은 1시간 이내에 수명이 급격히 저하돼 수소 생산 효율이 초기 대비 20% 미만으로 감소했지만, 수소 생산에 최적화된 보호막을 씌운 광전극은 100시간 후에도 85% 이상 성능을 유지했다고 연구진은 설명했다.

KRISS 소재융합측정연구소 김안순 책임연구원은 “그린 수소 실용화를 앞당길 핵심 기술로, 태양광 전극을 사용하는 다른 청정 기술에도 응용할 수 있다”며 “이산화탄소를 포집한 뒤 태양광을 이용해 화학 에너지원으로 전환하는 인공 광합성 기술이 대표적”이라고 말했다.