폐플라스틱으로 수소 만들다…‘태양광 패널’의 마법

지구 환경 오염의 주범 중 하나로 꼽히고 있는 폐플라스틱을 가치 있는 친환경 수소로 전환하는 태양광 기반 패널이 개발돼 주목받고 있다.

IT매체 BGR은 영국 케임브리지대 연구진이 플라스틱 물병에 흔히 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 활용해 수소와 유용한 화학물질을 생산하는 태양광 기반 시스템을 개발했다고 최근 보도했다.

케임브리지대 연구진이 플라스틱 물병에 흔히 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 활용해 수소를 만드는 태양광 패널 시스템을 개발했다. (사진=케임브리지대학)

연구진은 폐플라스틱을 잘게 분쇄한 뒤 수산화칼륨과 혼합하고, 섭씨 80도에서 3일간 가열했다. 이 과정을 거치면 PET가 분해되면서 주요 구성 성분 중 하나인 에틸렌글리콜이 생성된다. 이후 남은 PET를 걸러내고 액체 용액을 태양광 반응기에 투입한다.

이 시스템은 태양광 패널에서 전기를 직접 생산하는 대신 ‘광개질(photoreforming)’이라는 화학 반응을 일으킨다. 패널에 적용된 광촉매가 햇빛을 흡수하면 화학반응이 촉진되면서 용액에서 수소가 생성되는 방식이다.

연구진은 먼저 소형 태양광 패널을 이용해 시스템을 시험한 뒤, 4개의 대형 패널을 연결해 약 1㎡ 규모의 야외 반응기를 제작했다. 이어 PET를 활용한 실험을 진행한 결과, 기존 공정을 더 큰 규모로 확대해 수소를 생산할 수 있다는 가능성을 확인했다.

기존 수소 생산, 화석연료에 의존

수소는 현재 석유 정제와 철강, 메탄올, 암모니아 생산 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으며 수요도 높은 편이다. 그러나 전 세계 수소 생산량 가운데 저공해 수소가 차지하는 비중은 약 1%에 불과하다. 대부분의 수소는 화석연료를 기반으로 생산된다.

미국 역시 수소 대부분을 천연가스를 분해하는 방식으로 생산하고 있다. 이 과정에서는 상당한 양의 이산화탄소가 배출된다. 이에 따라 온실가스 배출 없이 수소를 생산할 수 있는 기술이 상용화될 경우 수소 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

하지만 친환경 수소는 생산 과정에서 많은 비용과 에너지가 필요하다는 점이 상용화의 걸림돌로 꼽힌다. 이에 과학자들은 보다 효율적이고 실용적인 수소 생산 방법을 개발하기 위한 연구를 이어가고 있다.

대표적인 방법 가운데 하나가 물 전기분해다. 물에 전기를 가해 수소와 산소로 분리하는 방식이지만, 물을 분해하는 데 상당한 에너지가 필요하고 반응 과정의 일부가 상대적으로 느리다는 한계가 있다. 플라스틱을 분해해 수소를 생산하는 방법도 있다. 일반적으로 열을 이용해 플라스틱에서 수소를 추출하지만, 이 역시 많은 에너지가 필요하고 생산되는 수소의 종류를 제어하기 어렵다는 문제가 있다.

케임브리지 연구진은 이번 기술의 실용성을 높이기 위해 더 많은 햇빛을 포착하고 가시광선을 보다 효율적으로 흡수할 수 있도록 광촉매를 개선해야 한다고 설명했다. 광촉매의 수명을 연장해 시스템의 안정성을 높이는 것도 향후 과제로 꼽았다.