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• UNIST, 실내조명 빛 수소 생산 ‘인공 나뭇잎’ 기술 개발

  송고일 : 2026-02-19
  
  

  인공 나뭇잎의 구조와 성능 모식도/유니스트 제공

  [투데이에너지 신일영 기자] 실내조명이 내는 빛을 활용해 수소를 생산하는 ‘인공 나뭇잎’ 기술이 개발됐다.

  UNIST는 에너지화학공학과 장지현 교수 연구팀이 고효율 광전극과 수소 생산 촉매를 결합해 LED 조명 환경에서 수소를 생산하는 인공 나뭇잎을 구현했다고 19일 밝혔다.

  이번 기술은 전 세계 전력 소비의 약 19%를 차지하는 조명 전력을 재활용해 청정 수소를 생산할 수 있다는 점에서 주목된다.

  연구팀이 개발한 광전극은 실내조명처럼 비교적 약한 빛을 효과적으로 흡수하는 황화물(CdS) 소재로 제작됐다. 빛을 흡수해 생성된 전하 입자는 이산화티타늄(TiO₂) 층을 거쳐 후면의 수소 생산 촉매층으로 전달된다.

  촉매층인 ‘3차원 니켈(3D-Ni)’ 표면에서는 이 전하 입자와 물이 반응해 수소가 생성된다.

  실내조명은 태양광보다 빛의 세기가 낮아 황화물에서 발생할 수 있는 ‘광부식’ 현상을 줄이는 장점이 있다. 연구팀은 약한 빛으로 인해 줄어드는 전하 입자량을 보완하기 위해 황화물과 이산화티타늄을 접합한 전극 구조를 설계했다.

  이 접합 구조는 양전하와 음전하의 재결합을 억제해 생성된 전하가 손실 없이 수소 생산에 활용되도록 돕는다. 또한 황화물 표면에 인산염(Pi)을 코팅해 광부식을 억제하고 전하 이동 속도를 높여, 내구성과 효율을 동시에 확보했다.

  개발된 인공 나뭇잎은 외부 전압 없이 실내조명만으로 119~120㎂/㎠의 광전류를 기록했다. 12시간 작동 후에도 초기 성능의 94%를 유지했다.

  이는 고가의 백금(Pt) 촉매(121㎂/㎠)와 유사한 수준이다. 광전류는 수소 생산량을 가늠하는 핵심 지표다.

  수소 생산 촉매로 사용된 3차원 니켈은 저렴하고 잉크처럼 인쇄가 가능해 대면적 제작이 용이하다. 연구팀은 85㎠ 크기의 인공 나뭇잎 4개를 직렬 연결한 모듈도 제작했으며, 해당 모듈은 실내조명 아래에서 총 5mA의 광전류를 나타냈다.

  장지현 교수는 “실내조명은 날씨 영향을 받는 태양광과 달리 일정하게 유지된다는 장점이 있다”며 “버려지던 실내 빛을 수소 생산 에너지원으로 활용할 수 있음을 확인한 만큼, 향후 수소 분리·회수 기술을 보완해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

  이번 연구 결과는 국제학술지 Applied Catalysis B: Environmental and Energy(응용 촉매 B: 환경과 에너지)에 지난달 16일 온라인 게재됐으며, 정식 출판을 앞두고 있다.

  연구는 ‘미세플라스틱 대응 화공·바이오 융합 공정 연구센터’ 공학연구센터(ERC) 과제와 중견연구과제, 이노코어사업의 지원을 받아 수행됐다.

  출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)