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태양광선을 이용한 수소 제조기술

전문가 제언: ○ 수소는 청정에너지로 주목 받고 있지만 현재는 화석자원의 개질로 제조되고 있어 화석자원 고갈, 이산화탄소 배출 등의 문제가 따른다. 따라서 물로부터 수소를 대규모로 제조할 수 있다면 재생 가능한 에너지원이 된다. 그러나 물의 분해반응은 큰 자유에너지의 증가를 수반하는 반응으로, 반응의 진행을 위해 외부로부터 에너지의 주입이 필요하므로 태양에너지를 고효율로 수소에너지로 변환하는 것이 연구의 궁극적인 목표이다.

○ 물의 분해는 전기분해 방식이 현실적이지만 태양광선을 이용하는 방법에서는 여러 가지 광촉매가 개발되고 있다. 지금까지 금속산화물 광촉매 재료만이 자외선에서 가능하였고 가시광선에서 고효율을 발휘할 수 있는 광촉매를 개발하고 있다.

○ 이 문헌에서는 비산화물계의 질화물 단일 광촉매로 가시광선에서 물을 분해할 수 있었다. 현재의 유효파장은 500㎚ 정도까지이고 양자수율도 높지 않지만 앞으로 장파장화 및 양자수율 향상이 기대된다. 산?질화물과 병행해서 산황화물계도 가시광선 반응형 물 분해용 광촉매로 유력한 후보이다.

○ 이 밖에 NiO를 담지시킨 NaTaO3에 La를 첨가시켜 양자효율이 50%인 고활성 광촉매가 보고되었다. 그리고 Oxynitride 화합물로서 Ti4+, Ta5+, Nb5+를 함유한 화합물이 가시광선에서 안정된 광촉매로 알려졌다. 또한 도핑 및 고용체 형성으로 밴드 엔지니어링한 산화물과 황화물 광촉매가 가시광선에서 수용액으로부터 수소 생성의 고효율을 발휘한다고 한다. 이렇게 외국에서는 광촉매에 대해 여러 가지의 재료와 방법이 연구되고 있다.

○ 최근 ISO/TC206(파인 세라믹)에서는 정화 및 자정작용을 하는 광촉매 물질에 대한 표준화를 진행하고 있다. 이와 같이 기존 상업화가 표준화를 앞지르는 개발 속도에서 대체에너지 자원개발의 일환으로 수소제조용 가시광선 반응형 광촉매의 연구 개발에 우리도 관심을 기울여야 하겠다.

저자: kazunari Domen
자료유형: 학술정보