조원준·장지욱·이재성교수팀, 태양광 전환효율 30배 늘리는 기술 개발
POSTECH 학부생연구프로그램 ‘쾌거’

학부생이 연구책임자가 되어 스스로 연구를 진행하도록 하는 POSTECH(포항공과대학교)의 고유한 프로그램 ‘학부생 연구프로그램’을 통해 학부생이 태양과 물을 이용해 수소를 만들어내는 ‘꿈의 기술’을 개발한 것이 뒤늦게 알려져 눈길을 모으고 있다.

POSTECH 화학공학과 조원준 군(26)과 장지욱 박사(29)는 이재성 교수의 지도를 받아 비스무스 바나데이트(BiVO4) 광촉매에 인(P)을 도핑, 광촉매 속 전하의 이동성질을 향상시키는 기술을 개발, 세계적인 화학지 ‘안게반테 케미(Angewante Chemie)’를 통해 발표했다.

수소는 화석연료 고갈 등으로 예상되는 에너지 문제를 해결할 수 있는 청정 에너지로 각광을 받고 있지만, 지금까지는 화석연료를 이용해 수소를 추출하는 방법을 이용하고 있어 오히려 환경문제를 야기한다는 비판을 받았다.

광촉매 기술은 햇빛과 물을 이용해 수소를 대량생산해낼 수 있어 ‘꿈의 기술’로도 불리는 차세대 에너지 기술로, 우리나라는 물론 선진국에서도 치열하게 기술개발 경쟁을 벌이고 있다. 하지만, 현재 기술로는 태양 에너지를 수소로 전환하는 효율이 크게 떨어져 실용화하기에는 어려움이 따르고 있다.

연구팀은 대표적인 광촉매 재료 중 하나인 비스무스 바나데이트에 주목했다. 이 소재는 값이 싸고, 넓은 영역의 빛을 흡수한다는 장점을 가지고 있지만 전기 전도도가 낮아 전자의 수소 전환 효율이 낮다는 점이 단점으로 지목되어 왔다.
연구팀은 태양전지의 주원료인 실리콘에 인을 도핑한다는 점에 착안해 비스무스 바나데이트에 인을 도핑했다. 그 결과 인을 도핑하지 않은 광촉매에 비해 태양광 전환 효율이 무려 30배나 증가시킬 수 있었다.

연구를 지도한 이재성 교수는 “대학원생도 하기 어려운 과제를 성공적으로 수행했을 뿐 아니라, 화학분야 최고 학술지를 통해 그 연구성과를 인정받았다는 점은 상당히 주목할 만하다”며 “이 기술을 더욱 발전시켜 상용화에 성공할 경우 비용이 적게 들 뿐 아니라 환경오염 물질이 전혀 발생하지 않는 ‘꿈의 기술’을 우리가 선점할 수 있게 된다”고 밝혔다.

POSTECH은 학부생들이 자발적으로 아이디어를 찾아 연구책임자로서 연구를 진행하면서 연구경험과 응용기술을 습득할 수 있는 ‘학부생 연구프로그램’을 운영하고 있으며, 5개월간 진행하는 각 연구과제에는 약 500만원 내외의 연구비를 지원하고 있다.
연구발표회를 통해 진행사항을 점검하고, 우수한 연구과제에는 별도 포상을 실시하는 이 프로그램을 통해 매년 40~50여개 연구가 진행되었으며 연구성과가 권위지에 게재되거나 대외적으로 큰 상을 수상하는 등 대학 내 뿐만 아니라 대외적으로도 높은 평가를 받고 있다.

한편, 이번 연구는 교육과학기술부 21세기 프론티어연구개발사업인 고효율수소에너지 제조․저장․이용기술개발사업단의 지원을 받아 수행되었다.