▲     연구에 참여한 UNIST 연구진  (사진^UNIST제공)

나무 찌꺼기로 유용한 화합물을 만들고, 이때 얻은 전자로 `태양광 수소`를 만드는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 외부 에너지 없이 태양광만으로 수소 생산이 가능해 `그린 수소` 상용화가 기대된다. 

UNIST 에너지화학공학과의 류정기ㆍ장지욱ㆍ장성연 교수팀은 목질계 바이오매스 중 `리그닌`만 분해해 고부가가치 화합물을 얻고, 이 과정에서 추출된 전자를 태양광 수소 생산에 쓰는 `고효율 수전해 기술`을 개발했다고 5일 밝혔다.

수전해 기술은 물을 전기로 분해해 수소를 얻는 기술로 기존 방식은 수소와 함께 발생한 산소로 인한 폭발할 가능성 등의 문제가 있었다. 특히 `태양광 수소 생산 시스템`들은 외부에서 전기에너지를 추가해야 하는 상황이었다. 

연구팀은 리그닌의 변환 중에 얻은 전자를 활용해 산소 발생을 막는 수전해 시스템을 설계했다. 또 가시광선 전체 영역의 빛을 흡수하는 페로브스카이트 광전극을 적용해 수소 생산량을 늘렸다. 이 결과 태양광 아래에서 20시간 동안 효율적이고 안정적으로 수소를 생산할 수 있었다. 

제1저자인 최유리 UNIST 에너지화학공학과 연구교수는 "이 시스템은 넓은 범위의 태양광을 흡수해 수소를 만들고, 산소나 이산화탄소 발생이 없다는 장점이 있다"며 "후속 연구를 통해 그린 수소 생산으로 활용될 것"이라고 기대했다.

특히 이번 연구는 `태양광 수소의 생산성 향상`과 `목질계 바이오매스의 활용`이라 두 가지 목표를 모두 잡았다는 데에 의미가 크다. 

류정기 교수는 "기존 태양광 수전해 시스템보다 적은 에너지로 그린 수소를 생산할 수 있다"며 "촉매를 활용한 목질계 바이오매스의 선택적 분해 기술은 셀룰로오스의 구조의 변형 없이 리그닌만 선택적으로 분해하기 때문에 목질계 바이오매스를 효과적으로 활용할 뿐만 아니라 구성 성분을 모두 활용할 수 있는 경제적 기술"이라고 강조했다. 

이번 연구에는 최유리 연구교수 외에도 라시미 메흐로타연구원, 이상학 연구원이 공동 제1저자로 참여했고, 김용환 UNIST 교수와 이재원 전남대 교수가 자문했다. 

연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈 10월 3일자로 공개됐다. 연구 수행은 한국연구재단 `나노 및 소재 기술개발사업-미래기술연구실` 및 `원천기술개발사업-탄소중립기술개발`의 지원을 받아 이뤄졌다.    정종식 기자