이건 그냥 넘기기 어렵더라고요.
태양광 에너지를 연료로 전환하려는 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 태양광 에너지는 햇빛만 있으면 언제 어디서나 에너지를 생산할 수 있기 때문이다.
대표적으로 식물의 광합성 원리를 모방한 인공 광합성 기술이 있다. 최근 새로운 인공 광합성 기술이 발표돼 기대감이 일고 있다.
인공 광합성 기반 전기 연료 생산 시스템 [사진=Osaka Metropolitan University]
새로운 인공 광합성 시스템의 핵심 기술
일본 오사카 공립대학교 인공 광합성 연구센터 등 공동 연구팀은 새로운 인공 광합성 시스템을 개발했다는 연구 결과를 에너지 분야 국제학술지 ‘EES Solar’에 밝혔다.
기존의 인공 광합성 시스템은 배터리나 추가 전자 장치가 필요하기 때문에 광합성 과정이 복잡하고 비용을 상승시킨다는 단점이 있었다.
그러나 일본 연구팀은 전해조를 이용해 기존의 불편함을 상쇄시켰다. 전해조는 전해액과 전극을 넣어 전기분해 반응이 일어나도록 만든 장치다.
연구팀은 전해조에 온도가 오를수록 이온 전도도가 향상되는 ‘특수 고체 전해질’을 통합한 화학적 MPPT 시스템을 구현했다.
화학적 MPPT 시스템은 배터리, 전자 회로 등을 필요로 하지 않고 전해조 자체가 스스로 최대의 전력점을 찾아낸다는 특징이 있다.
실제 환경에서도 입증된 높은 에너지 효율
화학적 MPPT 시스템의 작동 원리는 다음과 같다. 태양광이 강해지면 전해조 내부의 온도가 오르면서 고체 전해질의 저항이 낮아지고 전류가 더 잘 흐르게 된다.
이때 연구팀은 펌프를 통해 물의 유량을 조절함으로써 전해조의 열 방출을 미세하게 제어해 원활한 전력 생산을 도왔다.
(a) 본 연구에서 분석한 전해조의 구조 개략도. (b) 조립된 전해조의 사진으로, 반응물의 흐름과 그 방향이 표시되어 있다.
[사진= Yasuo Matsubara et al.]
연구 결과, 화학적 MPPT 시스템은 별도의 복잡한 전자 장치 없이도 태양광 에너지를 메탄산 연료로 성공적으로 전환했다.
특히 태양광 패널에서 생성된 전력의 85%를 연료 생산에 활용했다. 즉, 높은 에너지 효율을 보였다.
더불어 외부 태양광-메탄산 효율을 2% 달성했는데, 연구팀에 따르면 이는 현재까지 보고된 관련 기술 중 학계 최고 수준의 효율이다.
상용화 가능성 높인 차세대 인공 광합성 기술
가장 주목할 점은 빛의 강도가 수시로 변하는 실제 야외 환경에서 시스템이 스스로 최적의 효율을 유지하며 메탄산을 안정적으로 생산했다는 것이다.
[사진=unsplash]
이번에 개발된 기술은 기존의 배터리나 고가의 제어 장치 없이 펌프 컨트롤러와 밸브만으로 태양광 연료 생산을 자동화했다는 특징이 있다.
더불어, 태양광 에너지를 액체 연료 형태로 저장해 향후 연료전지 등 다양한 에너지원과 연계할 수 있는 장점도 있다.
인공 광합성을 하는 솔라 리프(solar leaf)
연구팀은 “소형 디오라마에 전력을 공급할 만큼 충분한 메탄산을 생사했다”며 “가정용 기기 충전에 활용될 수 있는 인공 광합성 시스템으로서의 잠재력을 보여준다”고 기대감을 표했다.
출처: EES Solar
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