태양광 에너지 산업은 21세기 에너지 산업의 주역으로 크게 각광을 받고 있지만, 한 가지 결정적인 단점이 있습니다. 밤에는 전력 생산을 할 수 없다는 것이죠. 이 문제를 극복함과 동시에 태양에너지를 더 유용한 목적으로 쓰기 위한 연구가 진행 중입니다.
대표적인 것은 바로 광전기 화학 셀(photoelectrochemical cell (PEC))로 태양에너지를 전기가 아닌 화학 에너지를 바꿔 전해질에 전기를 저장하거나 혹은 수소 같은 다른 에너지원으로 바꾸는 것입니다. 이전에도 한번 소개드린 적이 있죠. ( http://blog.naver.com/jjy0501/220416097398 참조)
만약 태양 에너지 이용해서 바로 수소를 만들 수 있다면 화석 연료를 대신해서 미래의 에너지원으로 다양하게 응용될 수 있습니다. 문제는 지금까지 개발된 태양 연료 전지(solar feul cell)가 대부분 가격이 너무 비싸거나 효율이 별로 높지 않다는 것입니다. 태양 에너지와 촉매를 이용해서 물을 수소와 산소로 분해하는 일은 가능하긴 하지만 경제적이지는 않았습니다.
호주 모나쉬 대학(Monash University)의 화학과 교수인 레오네 스피키아(Professor Leone Spiccia in the School of Chemistry at Monash )와 그의 동료들은 다른 방식으로 접근해서 태양에너지로 수소를 생산하는 모듈을 개발했습니다.
이들은 태양에너지를 집중시키는 방법과 새로운 전극 소재(니켈 폼 전극(Ni foam electrodes)를 사용해서 22%라는 역대 최고 효율의 태양 연료 전지를 개발했다고 저널 Energy and Environmental Science에 발표했습니다. 태양 에너지로 전기를 생산한 다음 이를 이용해서 물을 전기 분해시키는(Electrochemical splitting of water) 모듈인데, 일단 비용 문제를 감안하지 않는다면 최고 수준의 에너지 전환 효율을 보여준 셈입니다.
좋은 소식은 비싸지 않은 소재를 전극에 사용하고 있으며, 까다롭지 않은 전해질을 분해할 수 있다는 것입니다. 연구팀은 나쁜 소식은 따로 전하지 않았는데, 제 생각에는 비용 문제가 있을 것 같습니다.
태양에너지를 이용해서 청정 수소에너지를 값싸게 생산하는 것은 많은 연구자들의 꿈이었습니다. 하지만 지금까지 이룰 수 없는 꿈이었죠. 에너지 변환 효율이 좋으면 값이 비싸고 값이 저렴하면 변환 효율이 형편없었습니다. 이 두 가지 목표를 달성하는 것은 앞으로의 과제입니다. 필요는 발명의 어머니라는 격언이 여기서도 성공을 거둘 수 있을지는 시간이 증명해줄 것 같습니다.
참고
"Renewable Fuels from Concentrated Solar Power: Towards Practical Artificial Photosynthesis."Energy Environ. Sci., 2015, DOI: 10.1039/C5EE02214B
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