온실가스 저감에 대한 필요성과 환경 파괴에 대한 우려가 높아지면서 세계는 지속 가능한 에너지원으로 초점을 옮기고 있다. 청정 에너지 솔루션으로의 전환은 태양열 열화학 사이클의 중요성을 강조한다.

열화학 사이클은 한 반응의 생성물이 다음 반응의 반응물이 되는 일련의 열화학 반응이다. 이 사이클은 열을 이용하여 수소, 일산화탄소 또는 기타 탄소중립 연료의 합성에 필요한 원료를 생산하는 화학 반응을 유도한다. 특히, 태양열과 이용하는 열화학 사이클은 태양 에너지를 주요 열원으로 화학반응에 필요한 에너지를 태양열로 사용하는 사이클을 의미한다.

2015년에 한-일 공동 연구(한국 에너지 기술 연구원 – 일본 니이가타 국립 대학)를 통해 그린수소 생산을 위한 태양열을 이용한 열화학적 물 분해 사이클에 열화학 사이클 반응시스템을 성공적으로 적용하여 그린 수소 생산에 대한 혁신적인 접근 방식의 실증 연구가 발표된 바 있다. 산화세륨 코팅 촉매는 이 사이클에서 반응 온도를 낮추는 촉매제로 중요한 역할을 하여 높은 효율과 실용성에 기여했다. 태양열 열화학 사이클 물분해 수소 생산은 태양광 수전해 시스템과 다른 기술이며, 수광 면적을 크게 필요로 하고 빛에너지-전기에너지-전기분해 반응의 과정을 거치는 태양광과 달리, 좁은 면적에서도 집광을 통해 열에너지를 만들고 열에너지-화학반응의 전환을 통해 높은 효율이 가능하다.

열화학 사이클은 수소 생산을 위한 물 분해, CO₂ 분해 및 열화학 열 저장을 포함하여 광범위한 응용 분야를 가지고 있다. 물 분해는 청정 에너지인 그린 수소를 생산하는 반면, CO₂ 분해는 탄소 포집 및 포집 탄소의 활용을 돕는 합성 연료를 생성할 수 있다. 또한 열화학적 열 저장은 태양 에너지의 효율적이고 장기적인 저장을 위한 유망한 접근 방식을 제공하여 에너지 보안과 유연성을 제공할 수 있다.

태양열 에너지와 연계하는 열화학 사이클은 많은 이점을 제공한다. 청정 에너지 수소와 탄소 중립 연료의 생산을 가능하게 하여 화석 연료에 대한 의존도를 줄이고 온실 가스 배출량을 줄일 수 있다. 또한 풍부하고 재생 가능한 자원인 태양 에너지를 효율적으로 사용하고 저장할 수 있다. 중요한 것은 일조량이 높지 않은 한국에서도 충분한 기술 성숙이 이뤄진다면 경제적 이익을 얻을 가능성이 있다는 것이다.

열화학적 사이클에 대한 한국의 연구는 크게 주목을 받지 못했지만 더 성장할 여지가 있다. 과거 한국에서 연구된 내용들은 기본적인 열화학적 프로세스를 이해하고 사이클 효율성을 최적화하는 데 중점을 둔 사례가 많다. 보다 최근에는 특히 수소 생산을 위한 물/이산화탄소 분해와 같은 실용적인 응용 분야로의 전환 사례 등이 보고되고 있다.

이러한 진전에도 불구하고 한국에서는 아직 많은 연구자들에게 생소한 분야이다. 이 분야에 대해 기초 연구 지원 사업 등을 통한 정부 지원은 연구 활동을 강화화하고 과학자, 엔지니어 및 산업 간의 학제 간 협업을 장려하면 혁신을 촉진할 수 있다. 또한 이 기술에 대한 대중 교육이 사회적 지원과 시장 수용을 늘릴 것이다.

태양 열화학 사이클은 지속 가능한 에너지 미래를 위한 실행 가능한 솔루션을 제공한다. 뛰어난 연구 역량을 갖춘 한국은 이 분야의 발전을 주도할 수 있는 좋은 위치에 있다. 보다 깨끗하고 친환경적인 세상을 만들기 위해 가능한 모든 신재생 에너지 활용 기술에 대해서 꾸준한 관심을 통해 태양 열화학 사이클이 제공하는 성장 기회를 활용해야 할 기회의 시간이다.