광촉매를 이용한 청정 수소에너지 생산

이정은(IHuST, 국제인문과학기술융합학회)

청솔뉴스 PINENEWS | 기사입력 2020/08/03 [12:10]

광촉매를 이용한 청정 수소에너지 생산

이정은(IHuST, 국제인문과학기술융합학회)

청솔뉴스 PINENEWS | 입력 : 2020/08/03 [12:10]

 

 

▲ 출처:한화토탈    



우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸인 반도 국가로 아름다운 자연 경관을 갖추고 있으며, 1년 동안 뚜렷한 계절의 차이를 느끼며 살 수 있는 지형적 특성을 갖고 있다.

 

4계절에 따라 음식이나 패션의 흐름을 계절별로 다양한 문화를 즐길 수 있다. 바다를 접하고 있고, 비교적 해양수산물 등은 풍부한 편이지만, 석유나 석탄과 같은 화석으로 인해 얻을 수 있는 자원을 풍부하게 얻기는 지질학적으로 어려운 조건이다.

 

전세계적으로 매장된 석탄 및 원유 보유량과 소비량을 고려할 때, 빠른 시일 내에 화석 연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지 개발이 절실하다. 이미 선진국들을 중심으로 수십 년 전부터 대체 에너지 개발을 위해서 재정적 지원과 연구 환경 등을 정책적으로 지원해왔다. 석탄과 석유 등의 화석 연료 사용으로 인한 환경 오염 방지와 온실가스 억제 등을 우선시하는 다양한 신재생 에너지 개발 연구가 수행되어왔다. 이 중 수소에너지 사업은 많은 국가에서 기업과 연구소 차원을 넘어서 정부 차원에서 주도적이고, 적극적으로 추진하고 있다.
 
수소에너지 생산을 위해서 다양한 원료 물질들과 1차 에너지원이 사용될 수 있다. 여러가지 종류의 원료물질 중에 산소와 수소로 구성된 화합물인 물분자의 분해를 통해서 얻을 수 있는데, 물 분해 반응은 대기압과 실온의 환경에서는 일어나지 않기 때문에 외부에서 1차 에너지 공급이 필요하다.

 

이때 주로 공급되는 에너지로는 전지 에너지, 열 에너지, 빛에너지, 혹은 플라즈마 에너지 등을 사용한다. 이외에도 실험실 차원에서 미생물들을 이용하는 기술 등도 있지만, 미생물은 살아있는 유기체이기 때문에 실험 조건이 까다롭고, 대량 생산을 위한 기술로는 힘든 부분이 많다.

 

현재 대부분 생산되는 수소는 천연가스의 주성분인 메탄의 고온의 열화학처리법을 통해 얻고 있다. 그러나 천연가스나 석탄 등 탄소 성분을 포함하고 있는 유기화합물의 열분해는 탄소를 포함한 온실가스나 타르와 같은 2차 오염원을 발생시키기 때문에 추가적으로 발생된 오염물을 처리하기 위한 공정이 필수적으로 요구된다.

 

이에 비해, 태양에서 나오는 빛 에너지를 1차 에너지원으로 사용하여, 빛의 파장에 따라 촉매 활성을 갖는 광촉매를 사용하여 경제적으로 부담이 낮고, 효율이 높은 물 분해 기술 개발이 다양한 기술을 연계하여 이루어지고 있다.

 

지표면에 도달하는 태양에너지의 활용도를 높이기 위해서는 가시광선 영역에 활성이 높은 광촉매 물질을 개발하는 것이 핵심 기술이며, 이러한 물질로는 전자 이동과 전이의 활성도를 높일 수 있는 나노구조를 갖는 탄소 성분 구조체와 가시광선 영역에서 전자 전이에 의한 활성이 높은 방향족 화합물이나 불포화 결합을 갖는 폴리머를 응용한 신기술로 개발되어 보고된 바 있다. 이외에도 청정 에너지라 불리는 수소 에너지 개발을 위한 다양한 시도와 연구가 활발하게 진행되고 있다.

 

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