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GLOBAL NEWS

일본, 수소 생산 효율 높이는 유기색소 개발

태양광 에너지 대부분 차지하는 장파장 흡수 가능해져



[월간수소경제 편집부] 야마구치대학, 오카야마대학 등으로 구성된 연구 그룹이 유기색소로 카본 나노 튜브(CNT)를 염색한 광촉매 기술 개발에 성공했다. 일본경제신문에 따르면 연구 그룹은 우선 수소 제조용 유기색소 제품화에 나설 계획이다.


태양광과 광촉매를 이용한 수전해 방식의 수소 제조는 이산화탄소를 배출하지 않는다는 장점이 있지만 낮은 변환효율을 해결할 필요가 있었다. 기존의 광촉매는 자외선 중에서도 파장이 400nm 이하인 단파장만을 흡수할 수 있었다. 문제는 이러한 단파장이 태양광 에너지의 3~5%에 지나지 않는다는 사실이다.


따라서 태양광 에너지의 대부분을 차지하는 장파장의 흡수를 가능하게 하는 것이 과제였다. 예를 들어 600nm의 파장을 흡수할 수 있게 되면 태양광 에너지의 16%를 활용할 수 있게 되며, 흡수 가능 범위가 800nm까지 넓어질 경우 에너지 활용률은 32%에 이른다.


CNT는 적색광-근적외광(파장 600~1,300nm)을 흡수할 수 있는 광흡수재료다. 연구 그룹에서는 기존 방법으로는 흡수하기 어려웠던 장파장의 빛을 효과적으로 흡수하는 페로센 계열의 유기색소를 개발했다. 이를 CNT와 조합함으로써 촉매의 효율을 높일 수 있었다.


실험을 통해 확인한 결과, 파장이 650nm인 적색광에서 기존의 120배에 달하는 에너지를 흡수할 수 있었다. 지금까지 흡수율이 1~5% 가량이었던 500~550nm 파장에서도 8~9% 이상의 흡수율을 보였다.


이번 연구에서는 야마구치대학 대학원 창성과학연구과의 미야케 히데아키(三宅 秀明) 조교가 색소 개발을, 오카야마대학 대학원 환경생명과학연구과의 다카구치 유타카(高口 豊) 부교수 등이 CNT 설계를 담당했다. 야마구치도쿄이과대학에서 협력했으며, 유기색소의 제품화는 오사카신약(大阪新薬)이 담당한다. 오사카신약은 두 종류의 색소를 상품화할 예정이다.


CNT 유기색소 광촉매는 용제에 녹여 이용한다. 시트에 도포하는 것도 가능하다. 물에 넣은 다음 태양광을 조사하면 수소가 생성된다. 미야케 조교는 색소 개량을 통해 적색광에서 10% 이상의 흡수율을 기록할 것이라고 밝혔다.


CNT를 통해 보다 넓은 범위의 파장으로부터 에너지를 흡수할 수 있게 될 경우, 태양광-수소 변환효율 50% 달성도 불가능한 일은 아니다.


수소사회를 실현하기 위해서는 이산화탄소를 배출하지 않는 수소 제조법이 필수적이다. 현재 시점에서 카본 나노 튜브와 유기색소를 조합한 광촉매는 가장 유망한 기술 중 하나다. 




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