도쿄대학 등 연구팀이 광촉매를 이용해 햇빛을 비춰 물을 산소와 수소로 분해, 100㎥의 고순도 수소를 안전하게 추출하는 실험에 성공했다고 일본 NHK 방송이 17일 보도했다.
이에 따라 차세대 에너지로 주목받는 수소를 낮은 비용으로 대량 생산하는 기술로 이어질 것으로 기대를 모으고 있다.
성공적인 실험은 2016년 8월 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)와 도쿄대학, 신슈(信州)대학의 합동 연구팀이 이 같은 실험에 성공, 지난 8월 국제과학저널 네이처에 발표했다.
연구팀은 햇빛을 흡수, 물질의 화학 반응을 촉진하는 “광촉매”의 기능을 활용해 물을 수소와 산소로 분해하는 물질을 사용하는 기술을 개발하고 있다.
연구팀은 이 물질이 부착한 패널을 야외에 설치한 후 물을 붓고, 햇빛에 의해 분해된 수소와 산소가 혼합된 기체로부터 수소만을 추출하는 방식으로 지난 2년 간 100㎥의 수소를 얻어냈다.
수소는 산소와 결합하면 불에 닿을 때 연소 또는 폭발하기 때문에 처리하기 어렵지만 실험 결과 발생한 수소의 70% 이상을 약 94%의 고순도로 안전하게 추출할 수 있었다.
연구팀은 100㎥ 규모의 수소 추출 성공은 세계 최초라며, 낮은 비용으로 수소를 대량 생산하는 기술로 이어질 것으로 기대하고 있다. 다만 실용화를 위해서는 보다 효율적인 신소재 개발이 과제라고 연구팀은 덧붙였다.
연구팀의 일원인 도멘 가즈나리(堂免一成) 도쿄대학 특별교수는 “폭발 위험 때문에 이런 실험은 이뤄진 적이 없었지만 안전하게 취급할 수 있는 장비를 개발했다. 신속히 실용화해 값싼 수소를 대량 공급하고 싶다”고 말했다.
광촉매는 빛을 비추면 주변 물질의 화학 반응을 촉진하는 물질로 백색 도료 및 화장품에 사용되는 ‘산화 티타늄’이 대표적인 물질로 알려져 있다.
자외선에 노출되면 물을 수소와 산소로 분해하는 메커니즘이 발견된 이후 ‘산화 티타늄’이 유기물 분해에 적용됐으며, 먼지와 냄새를 제거할 수 있는데다 항균 작용도 해 광촉매 기술은 일상생활에서 널리 사용되고 있다.
수소는 화석 연료와 달리 연소시 이산화탄소를 배출하지 않는다. 수소는 또 물의 전기분해해 얻을 수도 있다. 따라서 수소는 ‘탈탄소화’로 이어질 수 있을 뿐아니라 기술이 확립되면 잉여 전력을 이용, 전기분해로 물에서 수소를 추출·저장할 수도 있다.
수소의 생산비는 현재 천연가스보다 높지만 경제산업성은 2050년까지 기술혁신 등을 통해 수소 가격을 현재의 5분의 1 이하로 낮춰 탈탄소화 사회 실현을 목표로 하고 있다.
현재 세계에 공급되는 수소는 대부분 천연가스 같은 화석연료에서 추출돼 생산되지만 수소와 함께 이산화탄소도 동시에 발생하기 때문에 탈탄소화를 위해서는 이산화탄소를 회수해 땅속에 묻어야 한다. 이로 인해 이산화탄소 발생 없이 수소를 생산하는 것이 중요하다.
