수명을 다한 태양광 폐패널의 실리콘으로 고순도 수소와 고부가가치 화학 소재를 동시에 생산할 수 있는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 폐태양광 패널의 실리콘을 활용, 고순도 수소와 산업용 소재인 실리카를 동시에 생산하는 고효율 공법을 개발했다고 6일 밝혔다.

실리콘은 물과 반응해 수소와 실리카를 만들 수 있지만, 반응 초기 실리콘 표면에 형성되는 실리카 피막이 물의 접근을 차단해 반응이 멈추는 문제가 있었다.

이에 연구팀은 강한 약제 없이도 이 실리카막을 제거할 수 있는 공법을 개발했다. 실리콘과 물을 작은 구슬이 든 용기에 넣고 굴리면, 구슬과 실리콘 입자가 충돌하면서 실리카 보호막을 반복적으로 부수는 원리다.

실험 결과 상용 실리콘 1g당 약 1706mL의 수소가 생산됐다. 이론적 최대 생산량의 99.6%에 해당하는 수치로, 기존 열화학 방식의 18~28% 수준과 비교하면 최대 5배 높은 효율이다. 폐태양광 패널에서 직접 추출한 실리콘 가루를 활용한 실험에서도 이론적 최대치의 약 98% 수준을 기록했다.

함께 생산된 실리카도 촉매 지지체로서 우수한 성능을 보였다. 이를 활용한 니켈 촉매는 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 반응에서 상용 실리카 촉매보다 높은 이산화탄소 전환율과 메탄 선택도를 나타냈다.

경제성도 주목된다. 부산물인 실리카 수익을 제외하더라도 수소 생산 단가는 기존 열화학 방식보다 수십에서 수천 배 저렴한 것으로 나타났다. 실리카 판매 이익까지 더하면 수소를 생산할수록 오히려 수익이 나는 '마이너스 비용 구조'도 가능하다는 분석이다.

백종범 교수는 "처치 곤란인 폐태양광 패널을 고부가가치 자원으로 탈바꿈시켜 자원 순환 경제를 구축하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

연구 결과는 에너지 분야 학술지 줄(Joule)에 3월 27일 온라인 공개됐으며, 공법 핵심인 기계화학 공정은 줄의 퓨처 에너지(Future Energy) 부문에 별도 소개됐다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 등의 지원으로 수행됐다.