태양광 페인트는 표면(벽, 문, 보도 등)에 색상과 보호 기능을 제공하는 것 외에도 햇빛에 반응하여 깨끗하고 지속 가능한 에너지를 생산하는 페인트입니다.
이러한 태양광 페인트에는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 10년 전에 연구 개발된 전기 생산 페인트이고, 다른 하나는 햇빛을 이용해 공기 중의 수증기와 반응하여 수소를 생성하는 최신 버전입니다. 두 종류의 태양광 페인트 모두 천연 자원을 활용하여 깨끗하고 무한한 에너지를 생산한다는 점에서 매우 흥미롭습니다. 하지만 이러한 페인트를 매장에서 구입할 수 있을까요? 아래에서 자세히 설명하겠습니다.
기원: 발생 배경, 진화 및 발전
깨끗하고 지속 가능한 에너지를 생산하는 새로운 방법을 찾아야 할 필요성 때문에 많은 대학과 기관들이 모든 가능성을 연구해 왔습니다. 예를 들어, 미국 인디애나주 노터데임 대학교의 연구진은 2011년 말 "태양광처럼 보이는 태양광 페인트: 나노결정질 태양 전지 설계를 위한 혁신적인 원스텝 접근법"이라는 제목의 논문을 발표하여, 태양광 패널과 유사하게 전기를 생산하는 이 페인트의 특성과 연구 내용을 자세히 설명했습니다.
이 연구에서는 CdS, CdSe, TiO2 반도체 나노입자로 구성된 바인더가 없는 페이스트를 전도성 유리 표면에 도포하고 473K에서 열처리하여 반도체 박막 전극을 개발했습니다. 이 전극의 광변환 특성은 그래핀-Cu2S 상대 전극과 황화물/폴리황화물 산화환원 쌍으로 구성된 광전기화학 전지에서 평가되었습니다. 실험 결과, CdS/TiO2 및 CdSe/TiO2 전극에서 최대 600mV의 개방 회로 전압과 3.1mA/cm2의 단락 회로 전류가 얻어졌습니다. 또한, 기존의 간단한 브러시 도포 방식을 사용하여 제작한 태양전지에서도 상온 조건에서 1% 이상의 에너지 변환 효율을 달성했습니다.
이러한 유형의 페인트는 이미 이스라엘에 위치한 SolarPaint Ltd.를 비롯한 여러 회사에서 상용 제품으로 개발되었습니다. 노트르담 대학교의 초기 연구를 바탕으로 SolarPaint는 "솔라 페인트"를 개발하고 특허를 획득하여 2018년부터 판매해 왔습니다. 하지만 앞서 언급했듯이, 로열 멜버른 공과대학교(RMIT)의 또 다른 연구에서는 수증기를 흡수하여 수소 연료를 생산하는 솔라 페인트를 개발했습니다. 이는 지속 가능한 소재 분야에 진정한 혁명을 일으킬 만한 것으로, 벽에 바로 청정에너지원을 적용할 수 있게 해줍니다. 실제로 수소는 미래의 청정에너지원 중 하나로 여겨지고 있습니다. 이 연구는 새로운 솔라 페인트의 초기 단계에 불과하며, 페인트가 생성할 수 있는 수소를 활용하기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. 따라서 향후 몇 년 동안은 더 나은 소식을 기대하기 어려울 것입니다.
솔라 페인트의 특징
태양광 페인트에 대해 이야기할 때, SolarPaint사가 특허를 낸 기술의 핵심은 나노 입자 형태의 에너지 생성기인 "양자점"을 사용하는 데 있습니다. 양자점은 물과 알코올 혼합물에 현탁(희석)되어 태양광 페인트로 변환됩니다. 그런 다음 특별한 장비 없이 에너지를 수집할 수 있는 모든 전도성 표면에 도포할 수 있습니다. SolarPaint의 "전극 그리드"(모기장과 유사한 초미세 와이어로 구성)와 나노 입자가 함침된 태양광 페인트 코팅은 지붕, 벽, 그리고 미래에는 도로에 적용될 경우 태양 에너지를 생성할 수 있습니다. 이 기술은 태양광 산업이 전통적으로 사용해 온 제한된 토지 면적의 한계를 극복하는 데 획기적인 변화를 가져올 수 있습니다.
어떻게 작동하나요?
태양광 페인트 또는 광전 변환 페인트는 햇빛에 노출될 때 전기를 생성하는 페인트를 사용하는 대체 태양 에너지원입니다. 이렇게 생성된 전기는 자동차 배터리로 전달됩니다. 페로브스카이트라는 소재 덕분에 이 페인트를 뿌리면 어떤 표면이든 태양광 패널로 변환될 수 있습니다. 페로브스카이트는 주로 티탄산칼슘으로 구성되어 있으며, 태양광 패널에 사용되는 실리콘보다 저렴합니다. 또한, 이러한 패널은 기존 패널보다 훨씬 얇게 만들 수 있습니다.
이 기술은 최근 반도체 나노결정 연구의 발전에 기반을 두고 있습니다. 양자점 태양전지 설계를 위한 단일층 태양광 페인트가 개발되었습니다. 대면적 전고체 소자 개발을 위한 추가적인 연구가 필요하지만, 이번 태양광 페인트 개발은 단순한 설계와 경제적인 차세대 태양전지 구현이라는 장점을 제공합니다. 이 대체 에너지원은 평평하지 않은 표면이나 기존의 능동형 태양열 패널을 설치할 수 없는 자동차나 모바일 기기 등에 적합합니다.
수소 생산을 통해 수소 기반 태양광 페인트, 즉 솔라 페인트-H2가 개발되었습니다. 사용 방법은 간단합니다. 롤러나 붓을 사용하여 지붕, 문 또는 외벽에 페인트를 칠하기만 하면 됩니다. 필요한 것은 햇빛과 공기 중의 수증기뿐입니다. 이 소재를 사용하면 태양광 패널을 설치하지 않고도 태양 에너지의 다양한 이점을 누릴 수 있습니다.
기술적으로, 이 페인트는 공기 중의 수증기를 포집하여 응축시키는 원리로 작동합니다. 그런 다음, 산화티타늄 덕분에 페인트는 포집된 물의 광촉매 전기분해를 위한 반도체 역할을 합니다. 즉, 물이 산소와 수소 분자로 분해되도록 촉진합니다. 이렇게 생성된 수소는 전기화학 전지나 엔진의 연료로 사용할 수 있습니다.
태양광 페인트의 장점
태양광 발전 또는 태양광 페인트 –eH:
- 제조하기 쉬움
- 실리콘 기반 패널보다 경제적입니다
- 어떤 표면이든 활용하세요
- (일반 페인트처럼) 바르기 쉽습니다
- 2018년부터 판매가 진행 중입니다
수소 또는 태양광 페인트 –H2:
- 제조하기 쉬움
- (일반 페인트처럼) 바르기 쉽습니다
- 어떤 표면이든 활용하세요
- 깨끗하고 무한한 에너지를 생산할 수 있는 능력
이러한 새로운 에너지 생산 방식들이 장점만 있는 것처럼 보일 수도 있지만, 사실은 현재로서는 몇 가지 단점이 여전히 존재합니다.
- 성능은 여전히 실리콘 칩보다 낮습니다
- 이를 관리하고 사용하려면 전기 및 전자 장비가 필요합니다
수소 태양열 페인트 또는 태양열 페인트 -H2
- 생성된 H2를 저장하는 데 어려움이 있습니다
- 아직 개발 중입니다
가정용 태양광 페인트: 현실일까, 허구일까?
공상 과학 소설처럼 들릴지 모르지만, 사실 이는 우리가 곧 직접 구매할 수 있게 될 대안입니다. 하지만 이를 실제로 사용하기 위해서는 전문가의 도움이 필요합니다. 에너지 저장을 위한 전기 연결, 가정용 교류 전기로 변환하는 작업 등이 여기에 포함됩니다. 태양광 페인트를 칠한 표면은 태양광 패널처럼 작용한다는 점을 잊지 말아야 합니다. 이러한 페인트를 최대한 활용하려면 배터리, 충전 컨트롤러, 인버터 등의 다른 구성 요소도 함께 설치해야 합니다
수소 기반 태양광 페인트는 수소 생산의 실현 가능성을 입증하는 연구가 진행됨에 따라 현실화될 수 있다고 볼 수 있습니다. 하지만 수소는 생산 후 포집해야 하는 기체이기 때문에 상용화까지는 아직 몇 년이 더 걸릴 것으로 예상됩니다. 태양광 페인트에서 수소를 포집하는 기술은 아직 완벽하게 개발되지 않았기 때문입니다. 현재 수소 생산은 비용이 매우 많이 들고 환경 오염을 유발하기 때문에, 많은 기업들이 태양광 페인트에서 발생하는 수소를 포집하는 문제 해결에 관심을 가질 것으로 예상됩니다.
출처: HogarSense
