식물이 햇빛을 받아 에너지를 만드는 것처럼 실내조명을 받아 수소를 생산하는 인공 나뭇잎이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 장지현 에너지화학공학과 교수팀은 효율적인 광전극과 수소 생산 촉매를 결합해 발광다이오드(LED) 조명으로 수소를 생산하는 인공 나뭇잎을 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀에 따르면 인공 나뭇잎에서 가장 중요한 것은 식물의 엽록소 역할을 하는 광전극으로, 빛을 받아 전하 입자를 만든다.

이번에 개발한 광전극은 햇빛보다 밝기가 약한 실내조명을 잘 흡수해 전하 입자를 만드는 황화물 소재로 이뤄져 있다. 이렇게 생산된 전하 입자는 이산화티타늄층을 거쳐 뒷면의 수소 생산 촉매층으로 전달되고, 수소 생산 촉매층인 ‘3차원 니켈’ 표면에서 전하 입자와 물이 반응해 수소가 나온다.

연구팀은 빛이 약해 줄어든 전하 입자량을 보완하기 위해 황화물에 이산화티타늄이 접합된 전극 구조를 설계했다. 이를 통해 한정된 전하를 재결합 손실 없이 온전히 수소 생산에 쓰게 만들었다.

인공 나뭇잎은 외부 전압 없이 실내조명만으로 119∼120마이크로암페어(㎂/㎠)의 광전류를 기록했고, 12시간 후에도 초기 성능의 94%를 유지했다. 이는 고가의 백금 촉매를 사용했을 때(121㎂/㎠)와 유사한 수준이다. 광전류는 수소 생산량을 가늠할 수 있는 지표다.

장 교수는 “실내조명은 날씨에 민감한 태양광과 달리 꾸준하다는 장점이 있다”며 “이번 연구로 실내에서 버려지던 빛을 수소 생산의 에너지원으로 활용할 수 있음을 확인한 만큼, 향후 수소 분리·회수 기술을 보완해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 지난달 16일 국제 학술지 ‘응용 촉매 B: 환경과 에너지’ 온라인판에 소개됐으며, 정식 출판을 앞두고 있다.