▲ 시뮬레이션을 통한 산화철 광전극의 최적 도핑 시스템 계산 (형성 에너지 및 원자 배열도) (각각 상단 좌측, 중앙). GeO2 오버레이어 증착을 통한 열확산 도핑법 모식도 (상단 우측). 커켄달 효과 모식도 (하단 좌측) 및 개발 전극 광전류밀도 그래프 (하단 우측), (출처:UNIST)

국내 연구진이 녹슨 철로 고효율 수소를 생산하는 기술을 개발해 그린수소 생산량을 늘리고 상업화를 앞당길 전망이다.

UNIST(총장 이용훈)의 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 전기적 특성이 우수한 산화철을 사용한 광전극을 이용해 친환경 수소 생산 시스템을 개발했다고 20일 밝혔다.

수소 생산은 주로 화석연료에 의존하고 있어 환경에 부담을 준다. 그러나 산화철 광전극을 통해 친환경 수소 생산이 가능해지면, 상업화도 빨라질 것으로 기대된다.

산화철은 그동안 전기적 성능이 부족해 수소 생산 효율이 낮았다. 물을 분해하는 면적이 좁고, 전자 이동 거리가 길어 상업화가 어려웠다. 이를 개선하기 위해 연구팀은 산화철의 구조적 특성에 주목했다.

게르마늄, 티타늄, 주석을 함께 섞어 산화철의 전기적 특성을 개선하고, 열을 이용해 다공성 구조를 만들어 반응 면적을 넓히고 전자 이동 거리를 줄였다. 이를 통해 산화철의 단점을 극복하고 물 분해 효율을 높였다.

이 과정을 통해 평균 직경 10nm 이하의 다공성 산화철 전극을 제작했다. 태양광을 이용한 수소 전환 효율을 3.2배 높였으며, 100시간 동안 효율 저하 없이 지속 사용이 가능하다. 장기간 안정적인 수소 생산을 가능하게 하여 상업화에 한 발 더 다가설 수 있게 했다.

장지현 교수는 “수소 생산 효율을 크게 높이는 동시에 상업화를 위한 중요한 기술적 진전을 이루어냈다”며, “그린수소 생산의 상업화를 앞당기고, 다양한 반도체 시스템에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.