UNIST, 실내조명으로 수소 만드는 ‘인공 나뭇잎’ 개발

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≪<font color=red>울산광역매일</font>≫ UNIST, 실내조명으로 수소 만드는 ‘인공 나뭇잎’ 개발

LED 빛만으로 수소 생산…버려지는 조명 전력 재활용 가능성
고가 백금 촉매 수준 효율·대형 모듈 제작 성공

울산과학기술원(UNIST) 연구진이 실내 조명 빛으로 수소를 생산하는 인공 광합성 기술을 개발했다.

UNIST 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 LED 조명 아래에서 물을 분해해 수소를 생산하는 ‘인공 나뭇잎’을 구현했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 Applied Catalysis B: Environmental and Energy에 게재됐다.

인공 나뭇잎은 식물의 광합성 원리를 모사해 빛을 전하로 바꾸는 광전극과 수소 생산 촉매로 구성된다. 연구팀은 실내 조명처럼 약한 빛도 잘 흡수하는 황화물(CdS) 광전극을 적용하고, 이산화티타늄(TiO₂) 층과 3차원 니켈 촉매를 결합해 효율을 높였다. 생성된 전하는 촉매 표면에서 물과 반응해 수소를 만들어낸다.

특히 황화물 표면에 인산염을 코팅해 광부식을 억제하고 전하 이동 속도를 향상시켜 내구성과 효율을 동시에 확보했다. 외부 전압 없이도 119~120µA/㎠의 광전류를 기록해 고가의 백금 촉매와 유사한 수준의 성능을 보였다. 12시간 작동 후에도 초기 성능의 94%를 유지했다.

연구팀은 또 85㎠ 인공 나뭇잎 4개를 연결한 대형 모듈을 제작해 실내조명 환경에서 총 5mA의 광전류를 확인했다. 값싼 니켈 촉매를 잉크처럼 인쇄할 수 있어 대면적 제작과 상용화 가능성도 높다는 설명이다.

장지현 교수는 “실내조명은 날씨 영향을 받지 않는 안정적인 에너지원”이라며 “버려지던 빛을 수소 생산에 활용할 수 있음을 확인했다”고 말했다.

이번 연구는 미세플라스틱 대응 화공·바이오 융합 공정 연구센터 ERC 과제와 중견연구과제, 이노코어 사업 지원으로 수행됐다.