태양광 발전의 확산과 함께 수명을 다한 폐패널 처리 문제가 대두되는 가운데, 국내 연구진이 이를 자원으로 활용할 수 있는 새로운 길을 열었다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 백종범 교수 연구팀은 폐태양광 패널의 실리콘을 이용해 고순도 수소와 산업용 실리카를 동시에 생산하는 공법을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 지난 3월 27일 국제 학술지 Joule 온라인판에 연구 성과를 공개했다. 이어 4월 3일에는 같은 학술지의 ‘퓨처 에너지(Future Energy)’ 코너에 초청돼 기술의 산업적 적용 가능성을 소개했다.

실리콘은 물과 반응해 수소와 실리카를 만들 수 있지만, 표면에 형성되는 실리카 피막이 반응을 막아 수소 생산량이 크게 제한돼 왔다. 연구팀은 강한 화학약제를 쓰지 않고도 이 피막을 제거할 수 있는 기계화학적 공정을 고안했다. 작은 구슬이 들어 있는 용기에서 실리콘과 물을 함께 굴려 충돌을 유도하는 방식으로, 실리카 보호막을 반복적으로 제거해 반응을 지속시킨 것이다.

실험 결과 상용 실리콘 1g당 약 1706mL의 수소가 생산됐다. 이는 이론적 최대치의 99.6%에 해당하는 수준으로, 기존 열화학 방식의 18~28%에 머물던 효율을 크게 뛰어넘었다. 폐패널에서 직접 얻은 실리콘을 활용한 실험에서도 이론치의 약 98%에 달하는 성능을 기록했다.

함께 생산된 실리카는 촉매 지지체로 활용 가능성이 확인됐다. 연구팀은 이를 이용한 니켈 촉매가 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 반응에서 상용 실리카보다 높은 전환율과 선택도를 보였다고 설명했다. 이는 실리카 표면의 수산기(-OH)가 촉매 입자를 더 잘 분산시키는 효과 때문으로 분석됐다.

경제성 측면에서도 의미가 크다. 실리카 판매 수익을 제외하고 계산하더라도 수소 생산 단가는 기존 방식보다 수십~수천 배 저렴했다. 실리카까지 고려하면 생산 과정에서 오히려 수익이 발생하는 구조도 가능하다는 평가다. 연구팀은 연속식 공정으로 전환할 경우 대규모 산업 현장에서도 적용이 용이할 것으로 내다봤다.

백종범 교수는 “폐태양광 패널을 단순 폐기물이 아닌 자원으로 전환할 수 있다는 점에서 의미가 크다”며 “자원 순환 경제 구축에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.