“한국기계연구원, 태양광 수소 생산 혁신”...생산성 5.9배↑→그린수소 시장 판도 변화 전망

한국기계연구원이 거대한 에너지 전환의 흐름 속에서 새로운 이정표를 제시했다. 태양광만을 동력으로 하는 친환경 수소 생산 시스템의 생산성을 무려 5.9배 향상시키는 혁신적 기술이 개발된다. 시장의 패러다임 전환을 예고하는 이번 연구는 그린수소 상용화의 구체적 현실을 한층 앞당겼다는 평가를 받는다.

비스무트 바나데이트(BiVO₄) 광전극은 높은 광흡수도와 우수한 태양광 수소 변환 효율로 친환경 수소 생산의 중심 소재로 주목받아 왔다. 그러나 기존 전구체 용액의 낮은 농도 제약으로 인해 박막 형성 과정이 복잡하고 생산 과정의 효율성이 저하돼 상업적 확장에 한계가 있었다. 연구팀은 아세틸아세톤, 아세틱 애시드, 디메틸설폭사이드의 최적 조합을 통한 고농도 BiVO₄ 전구체 용액 개발에 성공했다. 이로써 1회 코팅만으로 균일한 고성능 박막 구현이 가능해졌으며, 대면적(144㎠) 광전극 생산 공정의 생산성이 기존 대비 5.9배 상승했다. 또한, 4장의 대면적 광전극을 병렬로 연결한 576㎠ 규모 초대형 전극 시스템 구축 및 자연 태양광만을 활용한 수소 생산 실증에 성공, 외부 전력 공급이 필요 없는 독립형 수전해 기기의 상용화 가능성을 열었다.

이번 성과는 고효율 고생산 공정 기반의 대면적 광전극 개발로, 자연 태양광 조건에서도 높은 광전류와 장기적 안정성을 확보했다는 점에서 상업적 실현 가능성이 주목된다. 이지혜 센터장은 “고농도 BiVO₄ 전구체 용액의 개발이 대면적 광전극 제조의 혁신으로 이어졌으며, 이는 곧 지속 가능한 에너지 시스템과 친환경 수소 생산 상업화의 전기를 마련할 것으로 본다”고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 등재되었으며, 국내 특허 및 PCT 특허 출원이 병행되고 있다. 전문가들은 본 기술이 차세대 에너지 산업의 흐름에 결정적인 방향성을 제시함과 동시에, 전통적 화석연료 기반 수소 생산 공정의 근본적 한계를 근본적으로 극복할 수 있는 시금석이 될 것으로 전망했다.