미국 일리노이대학 연구팀이 태양광만을 이용해 공기 중에 있는 이산화탄소를 탄화수소 연료로 변환할 수 있는 저렴한 태양전지를 개발, 특허 출원해 눈길을 끈다.

태양전지는 태양광을 전기로 변환해 배터리에 저장하는 구조다. 하지만 이번에 개발한 태양전지는 대기 중에 있는 이산화탄소를 연료로 변환할 수 있어 에너지와 이산화탄소 배출 2가지 문제를 한꺼번에 해결할 수 있다. 태양전지를 대량 설치한 곳에선 이산화탄소 상당량을 연료로 변환할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

일리노이대학 연구팀 조교수인 아민 살레하이-교진(Amin Salehi-Khojin)은 이 태양전지가 단순한 광전지가 아닌 광합성이라면서 지금까지는 화석연료를 태워 온실가스를 배출하는 방향만 있었지만 새 태양전지는 이 과정을 거꾸로 바꿔 대기 중 이산화탄소를 연료로 재활용할 수 있다고 설명했다.

식물은 에너지를 당분 형태로 생산한다. 하지만 이 태양전지는 수소가스와 일산화탄소를 혼합한 합성 가스로 생성한다. 합성 가스는 직접 태워 사용할 수 있고 디젤 연료나 다른 탄화수소 연료로 변환할 수 있다.





지금까지 이산화탄소를 줄이기 위한 방법으로 다양한 촉매가 연구되어 왔다. 하지만 연구팀은 촉매를 이용한 변환은 비효율적이며 고가 귀금속에 의존해야 하는 문제가 있었다고 설명한다.

연구팀은 TMDC(Transition metal dichalcogenide monolayers)라고 불리는 나노 구조 화합물에 주목했다. 그 결과 가장 뛰어난 촉매는 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide)로 판명됐다는 것. 텅스텐 디셀레나이드를 이용하면 더 많은 이산화탄소의 화학적 결합을 끊을 수 있다고 한다. 텅스텐 디셀레나이드는 기존 귀금속 촉매보다 1,000배 빠르고 비용은 20분의 1 수준이라고 한다. 촉매 활성 부위가 산화되는 걸 막기 위해 1-에틸-3-카르보디이미드(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)라는 이온성 액체를 물과 1:1로 나눈 값을 이용한다. 텅스텐 디셀레나이드와 이온 액체를 이용한 촉매 시스템을 음극, 코발트 산화물을 인산칼륨 전해질에 넣은 걸 양극으로 이용하는 것. 이를 통해 100W 빛이 태양전지에 닿으면 음극에서 수소 가스와 일산화탄소 가스가 발생하는 구조라고 한다.

연구팀은 화성 대기처럼 대부분 이산화탄소로 구성되어 있는 곳을 예로 들면서 미래에 인류가 화성에 이주할 때 이 태양전지가 상당히 유용할 것으로 기대된다고 설명하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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