(Two mesh electrodes are held at a narrow separation distance (L), and generate H2 and O2 gases concurrently. The key innovation is the asymmetric placement of the catalyst on the outward facing surfaces of the mesh, such that the generation of bubbles is constrained to this region. When the gas bubbles detach, their buoyancy causes them to float upward into separate collection chambers.Image credit: Credit: Daniel Esposito/Columbia Engineering)
태양 에너지를 전기를 생산하는 태양 전지는 이미 널리 사용되고 있지만, 몇 가지 문제가 있습니다. 대표적인 문제는 시간에 따라 생산되는 전기의 양의 매우 차이가 크다는 점이죠. 이는 바로 소비해야 하는 전기를 생산한다는 점 때문에 생기는 문제입니다. 따라서 많은 과학자들이 전기 대신 다른 에너지를 생산하는 연구를 진행하고 있습니다. 대표적으로 앞서 여러 차례 소개드린 적 있는 수소를 생산하는 태양 - 수소 전지 방식입니다.
비록 이 분야에서 많은 진척이 있기는 하지만, 아직은 갈길이 먼 것이 사실입니다. 콜럼비아 대학의 다니엘 에스포지토 교수 (Daniel Esposito, assistant professor of chemical engineering at Columbia Engineering)는 독특한 메쉬 구조의 전극과 촉매를 이용해서 바닷물에서 바로 수소를 분리할 수 있는 시스템을 선보였습니다.
이 시스템의 독특한 점은 소금물에 뜰 수 있는 부유식 메쉬구조 전극을 이용했다는 점과 더불어 각 부력을 이용해서 수소를 분리해 99%의 높은 순도로 얻을 수 있다는 점입니다. 바닷물에서 바로 수소를 얻을 수 있다면 공간 절약이라는 점에서도 이점이 있을 것입니다.
(동영상)
영상을 보면 연구팀이 개발한 비대칭 전극 (Asymmetric electrodes)의 장점을 볼 수 있습니다. 높은 순도로 수소를 분리할 수 있어 수소를 다시 걸러내기 위한 재처리 과정이 필요없다는 것이 가장 큰 장점입니다.
하지만 아직은 에너지 전환 효율 등 개선해야 할 이슈들이 산적해 있는 것도 사실입니다. 경제성을 확보해 대량으로 수소를 생산하기까지는 갈 길이 먼 상태입니다. 동시에 미래 에너지가 수소 기반 차량보다는 전기 배터리 기반으로 진행될 가능성이 있다는 것도 한 가지 중요한 변수입니다.
앞으로 경제성 있는 태양 - 수소 생산이 가능할지 미래가 궁금합니다.
참고
"Floating Membraneless PV-Electrolyzer Based on Buoyancy-Driven Product Separation," International Journal of Hydrogen Energy (2017). http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S036031991734466X , DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.11.086
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