기본 콘텐츠로 건너뛰기

수소 생성 인공 광합성



(The photosynthesis system of the Jülich solar cell scientists is compact and self-contained, and the flexible design allows for upscaling. The concept can be applied for all thin-film photovoltaic technology and various types of electrolyser. Credit: Forschungszentrum Jülich)


 식물이 광합성으로 포도당을 생성하는 것처럼 과학자들도 태양 에너지를 이용해서 바이오매스나 혹은 수소 같은 에너지원을 직접 생산하는 연구를 진행 중입니다. 기존의 태양전지는 가격은 매우 저렴해졌지만, 여전히 밤에는 전기를 생산할 수 없고 직접 다른 형태의 에너지원을 생산할 수 없다는 단점이 있기 때문입니다. 


 태양광과 촉매를 이용해서 수소를 바로 생산할 수 있다면 낮에만 생산이 가능해도 얼마든지 저장이 가능하며 필요할 때마다 꺼내 쓸 수 있는 만큼 기존의 화석연료를 대체하기가 훨씬 쉬워집니다. 문제는 이렇게 현재 있는 광전기화학 물 분해(photoelectrochemical water splitting) 시스템이 매우 작은 실험실 규모를 벗어나지 못하는데다 에너지 변환 효율이 낮다는 것입니다. 물론 이를 극복하기 위한 연구가 여러 곳에서 진행 중입니다. 


 독일 국가 핵융합 연구소(Forschungszentrum Jülich)의 과학자들은 태양광 전지 - 물분해 촉매 장치를 이용한 얇은 박막 형태의 광전기화학 전지를 만들었습니다. 이들이 만든 시스템은 64㎠ 정도 크기의 셀을 물속에 넣은 것으로써 야외에서 실제 태양광을 이용해서 수소를 생성할 수 있습니다. 비록 에너지 전환 효율은 3.9%에 불과하지만, 연구팀은 앞으로 충분한 개선 여지가 있다고 보고 있습니다. 사용화가 가능한 효율은 10%정도로 생각하고 있습니다. 


(Test set-up of the prototype for photoelectrochemical water splitting: The complete system is immersed in an aqueous potassium hydroxide solution. Illumination with a daylight lamp generates a voltage of 1.8 Volt in the solar cells, which is used by the electrolyser (front side, with nickel-foam stripes as anodes and cathodes) to split the water into hydrogen and oxygen. Credit: Tobias Dyck/Forschungszentrum Juelich)


 태양 수소 전지 개발은 앞서 이야기했듯이 많은 과학자들의 꿈이기도 합니다. 가능해진다면 화석 연료가 아닌 수소 기반 에너지도 꿈이 아닌 현실이 될 수 있습니다. 물론 경제적인 태양광 수소 생산을 위한 길은 아직도 먼 상태입니다. 


 미래 에너지원으로 태양 수소 전지가 현실적인 대안이 될 수 있을지는 아직 알 수 없지만, 연구가 진행되면서 점차 실제 상용화할 수 있는 형태로 발전하는 모습이 보이는 것 같습니다. 어디까지 발전할 수 있을지 궁금하네요. 


 참고 


Bugra Turan et al, Upscaling of integrated photoelectrochemical water-splitting devices to large areas, Nature Communications (2016). DOI: 10.1038/NCOMMS12681 




댓글

이 블로그의 인기 게시물

벨 V-280 Valor 시험 비행 성공

( The V-280 Valor flew for the first time at Bell Helicopter's Amarillo Assembly Center in Texas(Credit: Bell Helicopter/YouTube) )  앞서 소개드린 V-280 발러가 첫 번째 비행 테스트에 성공했다는 소식입니다. V-22 오스프리의 소형화 버전이라고 할 수 있는 V-280 발러는  미 육군의 차세대 헬기 사업인 Future Vertical Lift (FVL)에 입찰을 시도하는 틸트로터기로 현재 미 육군이 주력으로 사용하는 블랙호크 헬기와 비슷한 체급입니다. 다만 틸트로터기인 만큼 최고 속도나 항속 거리면에서 더 유리합니다. 스펙은 이전 포스트를 참조해 주시기   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221115245986  (동영상)   V-280 발러는 틸트로터기의 더 대중화 될 수 있을지를 검증하는 중요한 무대가 될 것입니다. V-22 오스프리의 경우 복잡한 구조로 인해 가격이 너무 비싸져서 사실 미국은 몰라도 그 동맹국에 널리 도입되기는 어려운 부분이 있습니다. V-280 역시 가격이 아주 저렴할 것 같지는 않지만, 좀 더 합리적인 대안은 될 수 있을 것 같습니다. 만약 성공적인 결과가 나오면 한국을 포함한 미국의 동맹국에서 도입을 검토할 수 있을지 모르겠다는 생각입니다.   참고  https://newatlas.com/bell-v-280-valor-maiden-flight/52663/

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...