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수소·실리카 생산 신공정 개발…"기존 대비 수천배 저렴"

수소를 생산할수록 투입비용 대비 산출 수익이 커지는 '마이너스' 비용구조의 수소·실리카 동시생산 공법이 개발됐다. UNIST 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 폐태양광 패널의 실리콘을 활용해 고순도 수소와 고부가가치 산업용 소재인 실리카를 동시에 생산하는 고효율 공법을 개발했다고 6일 밝혔다. 실리콘은 물과 반응해 수소와 실리카를 만들 수 있다. 하지만 실제로는 반응이 시작되자마자 실리콘 표면에 형성되는 실리카 피막이 물의 접근을 차단해 반응이 멈춰 버린다. 이 때문에 수소 생산량이 이론적 최대 생산량에 턱없이 부족했다. 연구팀은 강한 약제를 사용하지 않고도 이 실리카막을 제거할 수 있는 공법을 개발해 고순도 수소를 기존보다 최대 5배 많이 생산하는데 성공했다. 실리콘과 물을 작은 구슬이 들어 있는 용기에 넣고 굴리면, 구슬과 실리콘 입자가 서로 부딪히면서 실리카 보호막을 반복해서 부수고 벗겨내는 원리다. 실험 결과 상용 실리콘 1g당 약 1706mL의 수소가 생산됐다. 이는 이론적 최대 생산량(1713mL g⁻¹)의 99.6%에 해당하는 수준이다. 일반적인 열화학 방식이 이론 최대치 약 18~28% 수준에 머무는 것과 비교하면 최대 5배 높은 수소 생산 효율이다. 또 폐태양광 패널에서 직접 얻은 실리콘 가루를 이용한 실험에서도 이론적 최대치의 약 98% 수준에 이르는 수소 생산 성능을 기록했다. 함께 생산된 실리카도 촉매 지지체로서 우수한 성능을 보였다. 지지체는 촉매의 활성 금속 입자를 고르게 분산시켜 주고 고정해 주는 역할의 물질이다. 생산된 실 리카를 사용한 니켈 촉매는 이산화탄소를 메탄으로 바꾸는 화학 반응에서 상용 실리카를 사용한 촉매보다 더 높은 이산화탄소 전환율과 메탄 선택도를 기록했다. 실리카 표면에 많은 수산기(-OH)가 촉매 입자를 더 잘 분산시키기 때문인 것으로 분석됐다. 경제성 측면에서 부산물인 실리카로 얻는 수익을 아예 제외하고 계산하더라도, 이 공정의 수소 생산 단가는 기존 열화학 방식보다 수십에서 수천 배나 저렴한 것으로 나타났다. 실리카 판매 이익까지 더하면 수소를 생산할수록 오히려 수익이 나는 '마이너스 비용 구조'도 가능하다는 분석이다. 또 한 번씩 끊어서 작업하는 배치 방식보다 끊임없이 기계를 돌리는 연속식 공정에서 생산량과 에너지 효율이 훨씬 뛰어나, 향후 대규모 산업 현장에 바로 투입하기에도 수월하다. 백종범 교수는 “태양광 폐패널에서 나오는 실리콘을 활용해 친환경적으로 수소를 생산하면서 산업적으로 활용 가능한 실리카까지 얻을 수 있다는 점이 기술의 장점”이라며 “처치 곤란인 폐태양광 패널을 고부가가치 자원으로 탈바꿈시켜 자원 순환 경제를 구축하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다. 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 줄(Joule)에 3월 27일 자 온라인으로 공개됐다. 공법 핵심인 기계화학 공정은 줄 퓨처 에너지(Future Energy) 부문에 지난 3일 소개됐다. 퓨처 에너지는 지속 가능한 미래를 위한 유망 에너지 기술과 기술의 산업적 적용 가능성을 다루는 기획 코너다.

2026.04.06 08:00박희범 기자

동서발전, '태양광 폐패널 활용 에코 유리온실' 준공

한국동서발전(대표 권명호)은 울산광역시 울주군 언양읍에 세계 최초로 태양광 폐패널을 활용한 에너지 절감형 고성능 '에코 유리온실'을 준공했다. 동서발전은 2025년 1월부터 2026년 12월까지 2년에 걸쳐 '폐 태양광모듈 추출 강화유리 활용 에코 유리온실 연구 및 사업화 모델 개발사업'을 지원하고 있다. 이번 사업의 핵심 파트너인 에이치5(대표 황헌)와 함께 폐자원의 고부가가치 업사이클링을 통한 혁신적인 농산업 솔루션을 제시하며, 발전공기업의 환경·사회·지배구조(ESG) 경영과 탄소중립 실현에 앞장서고 있다. 이번 연구기술개발은 에이치5를 주관으로 서울대학교 농업생명과학대학, 메인스트림즈, 울산 스마트팜, 한국품질재단이 연구기관으로 참여했다. 동서발전이 보유한 폐패널의 강화유리를 에이치5가 광투과율을 증대해 개조하고 메인스트림즈가 시공했다. 울산스마트팜은 작물 재배와 운영을 맡았다. 서울대 교수진(원예생명공학과·농경제사회학부)은 생육 환경 모니터링, 실증과 사업 비지니스 모델 평가를 담당하고, 한국품질재단은 탄소배출권 관련 타당성을 검증한다. 100평 규모 '에코 유리온실'은 동서발전이 보유한 태양광 폐패널에서 분리한 폐유리를 활용해 제작했다. 표면오염 제거 후 복합 기능성 나노소재를 도포해 표면 오염방지와 94% 이상의 광투과 성능을 구현한 광확산 에코 강화유리로 개조해 유리온실 구조에 적용했다. 동서발전과 에이치5는 해당 연구와 관련해 발명특허 2건을 공동 출원하며, 기술 혁신을 통한 지식재산권 확보에도 성공했다. 기존 파쇄·분말화 후 재활용하거나 매립하던 폐패널 유리를 고부가가치 광확산 에코 강화유리로 개조해 환경 부담을 줄이고 폐자원 선순환을 실현했다. 특히 설치비는 기존 일반 유리온실 대비 40% 이상 절감되며, 작물 생육은 10~15% 이상 향상될 것으로 기대된다. 국내 스마트팜 시설 온실의 99.5% 이상을 차지하는 비닐온실과 비교했을 때도 기후변화 대응력이 뛰어나 농업의 지속가능성을 높일 수 있다. '에코 유리온실'에 사용된 강화유리는 광합성 대역에서 94% 이상의 빛 투과율을 확보해 작물의 생장 속도 및 수확량을 높이고, 빛을 산란시켜 온실 내부에 균일하게 분배함으로써 에너지 절감 효과를 실현한다. 나노코팅 기술로 표면오염을 최소화하고 우천 시 자체 세정 기능을 발휘하며, 물방울 맺힘을 예방한다. 3.2mm 두께의 에코 강화유리는 동일 두께의 일반 강화유리보다 30% 강하지만 가격은 50~60% 저렴하다. 권명호 동서발전 사장은 “발전공기업으로서 신재생에너지 확산 과정에서 발생하는 폐패널 문제에 선제적으로 대응하고 농업과 융합한 새로운 비즈니스 모델로 발전시킨 것이 이번 프로젝트의 핵심 성과”라며 “앞으로도 ESG 경영과 탄소중립 실현을 위한 혁신적인 사업모델 개발에 지속적으로 투자할 계획”이라고 밝혔다.

2025.08.17 23:07주문정 기자

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