태양열 구동 '인공 잎' 발명…햇빛에 노출될 때 공기로부터 수소 생산

에콜 폴리테크니크 페데랄 드 로잔 화학공학자들은 태양열로 움직이는 인공 잎을 발명했다. 인공 잎은 수소 연료로 전환하기 위해 대기에서 물을 수확할 수 있는 기술이다. 반도체를 기반으로 한 이 기술은 확장 가능하고 준비하기 쉬운 장점을 가졌다고 한다.

공기 중에서 물을 수확하고 태양에너지만으로 작동되는 수소 연료를 기반으로 한 이 장치는 수십 년 동안 이 분야를 연구한 과학자들의 꿈이었다.
EPFL 화학 엔지니어 케빈 시불라 연구팀은 이 비전을 현실에 더 가깝게 만들 수 있는 단계에 도달했다고 에너지 전문매체 글로벌 마이닝을 통해 밝혔다.

연구팀은 반도체 기반 기술에 공기 중 물과의 접촉을 극대화하는 방안과 반도체 코팅의 햇빛 노출을 극대화하는 방안을 결합했다. 이 시스템은 햇빛에 노출될 때, 공기로부터 물을 빼앗아 수소 가스를 생산하는 기능을 가진다. 다시 말해 이 발명품은 태양열로 공기 중의 물을 수소 연료로 전환할 수 있는 기술을 말한다.

EPFL 광전자 나노소재 분자공학연구소의 시불라 연구원은 "지속가능한 사회를 실현하기 위해서는 산업 각 분야에서 재생에너지를 공급 원료로 사용할 수 있는 화학물질의 저장방법이 필요하다"면서 "태양에너지는 재생에너지의 가장 풍부한 형태"라고 주장했다.


토요타 자동차 유럽 법인과 협력한 EPFL 엔지니어들은 공장들이 공기로부터 이산화탄소를 사용해 햇빛을 화학 에너지로 바꿀 수 있는 방법에서 영감을 얻었다. 식물은 본질적으로 환경으로부터 이산화탄소와 물을 수확하고, 햇빛으로부터 에너지를 증가시켜 이 분자들을 설탕과 녹말로 바꿀 수 있다. 이 과정은 광합성으로 알려져 있다. 결국 연구팀은 햇빛 에너지가 설탕과 녹말 내부의 화학결합 형태로 저장되는 것을 이용해 물을 수소로 전환한 것이다.

시불라 교수팀이 개발한 투명가스 확산 전극은 빛을 받아내는 반도체 물질로 코팅하면 실제로 인공 잎처럼 작용해 공기와 햇빛에서 물을 받아 수소 가스를 생산할 수 있었다. 이 과정에서 햇빛 에너지는 수소 결합 형태로 저장된다.

연구팀은 햇빛의 불투명한 층으로 전극을 만드는 대신, 펠트 유리섬유의 3차원 그물망을 개발했다.

김진영 글로벌이코노믹 기자