수소폭탄조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : g-C3N4/Cu2O/CuO 광촉매의 Z-scheme을 통한 광활성 전자 증대를 통한 물로부터의 수소생산

영문 : Enhancing photoactive electrons in Z-scheme assisted g-C3N4/Cu2O/CuO photocatalysts for reductive water splitting to hydrogen

과제 팀명

수소폭탄

지도교수

김정현 교수님, 문홍철 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 강**(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20163400** 정**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 띠 간격이 작은 반도체 성질의 새로운 물질을 발견하고 광촉매의 효율을 높인다.

◇ 수소 생산 효율을 가장 좋게 하는 Cu2O/CuO비율로 산화를 시킬 수 있는 산소의 농도와 CuS 함량 조건을 찾는다.

◇ g-C3N4/Cu2O/CuO 복합체가 어떤 방식으로 광촉매로서의 역할을 하는지 원리를 탐구한다.

◇ 수소 생산량 목표를 3000µmol/h∙g로 잡아 기존의 광촉매보다 높은 효율을 얻는다.

◇ 3회 이상 반복 실험 후에도 효율을 유지한다.

개발 과제의 배경

21세기에 들어서 우리는 환경오염과 에너지 자원의 고갈에 대한 문제에 직면해있다. 때문에 전 세계인들의 관심은 친환경을 향하고 있다. 그 중 가장 큰 문제는 막대한 화석연료 사용량이다. 환경학자들이 석탄과 석유사용에 대한 문제점을 지속적으로 지적해왔다. 정부차원에서는 대비책으로 신에너지 개발에 관심을 기울이고는 있지만, 이렇다 할 큰 진전은 없는 실정이다. 석유에 대한 사용량과 의존도는 증가하지만 신에너지의 개발속도는 아직 미흡한 수준인 것이다.

에너지관리공단에 따르면, 우리나라의 화석 연료 의존율은 80%를 넘는 매우 높은 의존도를 보이고 있다. 또한, 2018년 11월 기준 국내에 공급된 에너지의 에너지원 94.0%가 해외 수입에 의존하고 있어 국내 생산 에너지는 전체 에너지의 10%도 채 되지 않는 상황이다. 또한 석유와 석탄에 대한 해외 수입 의존도를 생각해볼 때, 신재생에너지의 생산비율은 매우 작은 편이다.   

뿐만 아니라 매장된 화석 연료 중 석유의 경우는 약 40~50년 이내에 고갈될 것으로 예측되고 있다. 또한 화석 연료 사용은 연소 후 유해물질 발생 및 이산화탄소 배출로 지구온난화 등 인한 심각한 환경문제를 야기한다. 현 세대들이 4차 산업혁명을 이루기 위해서는 충분한 양의 에너지가 안정적이고 효율적으로 공급되어야 한다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 환경 규약이 점점 커지고 있다. 그러므로 전통적인 석유나 원전 에너지에 의존하지 않는 신재생에너지 시스템으로 전환해야 할 필요성이 커지고 있다. 세계적으로 화석연료를 대체할 수소와 같은 차세대 에너지에 대한 관심도가 급증하고 있는 것이다.

이러한 글로벌 경향에 따라 국내에서도 재생에너지 활용 비중을 2030년까지 20%로 높인다는 계획을 추진하고 있다. 그러나 이와 같은 새로운 공급 방식이 산업계와 민간 영역에서 요구하는 수준의 에너지를 충분히 공급하기에는 한계가 있다. 현재 에너지 업계는 장기적으로 지금보다 더 많은 양의 에너지를 친환경적으로 공급해야 한다는 딜레마를 갖고 있다. 그렇다면 이제 우리는 석유 자원을 대체하면서도 친환경적이고, 더욱 큰 에너지효율을 가지는 에너지원이 무엇인지에 주목하게 된다. 그것이 바로 수소 에너지이다.

수소 1kg을 산소와 결합하면 3만 5천 kcal의 에너지가 방출되는데 이것은 프로판, 부탄, 휘발유, 등유 등과 비교하면 3배에 가까운 에너지이다. 이 점에서 수소 산업은 에너지 업계의 딜레마를 해결할 수 있는 좋은 방안이다. 그리고 이 관점에서 효율적인 수소생산을 위해 제안된 연구가 바로 ‘광촉매’이다. 광촉매를 통해 태양에너지를 화학에너지로 바꾸고, 결과적으로 수소를 생산해낼 수 있는 친환경에너지 개발의 길이 열린 것이다.

물 분해를 위한 광촉매로는 전이금속 물질들이 기본적으로 쓰이고 있으며 대표적인 물질로는 이산화티타늄(TiO2)나 ZnS, CuS와 같은 금속 황화물(metal sulfide)계열의 물질들이 있다. 가시광선 영역의 에너지를 사용하려면 띠 간격이 3 eV 이내의 에너지가 필요하다. 그러나 대부분의 물질들이 띠 간격이 크기 때문에 활성이 가능한 빛의 파장이 자외선 영역대로 제한된다. 예를 들어 이산화티타늄의 경우, 띠 간격이 3.2 eV로 상당히 큰 값을 가지고 있다. 가시광선이 전체 태양광 중에서 50%를 차지하고 있는데 자외선의 비율이 4%라는 것을 생각하면 상당히 비효율적이다. 또한 띠 간격이 작은 단일 물질로 광촉매를 구성할 경우, 에너지를 받아 분리가 된 전자와 정공의 재결합(photo-recombination)이 쉽게 일어나게 되어 활성 전의 촉매 상태로 돌아가게 되므로 촉매로서의 기능을 완전히 발휘할 수 없다. 요약하자면, 광촉매 자체가 가지고 있는 사용상의 제약조건과, 광촉매가 기능하는 과정에서 내재되어 있는 문제 두 가지가 현재 물 분해를 이용한 광촉매 기술사용에 있어 큰 난점이 되고 있다. 이러한 난점을 해결하는 것이 이번 연구의 핵심 과제이다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ g-C3N4 nano sheet type 중 가장 비표면적이 높은 종류를 선정

◇ 가시광 영역에서의 광촉매 활성 증대와 재결합 현상 방지

◇ 복합 광촉매의 밴드갭 구조 분석과 재결합 방지에 미치는 영향 탐구

◇ 우수한 수소 생산성을 가지는 최적의 비율을 선정(산소 분압, CuS 함량)

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

◇ 최근 광촉매에 관한 연구의 흐름은 띠 간격이 다른 여러 반도체나 화합물을 결합하여 만드는 복합구조 광촉매를 희생시약과 함께 이용하는 것이다. 또는 적절한 조촉매(cocatalyst)를 사용하여 H+의 흡착력을 높이고 활성화 에너지를 낮춘다. 그러나 이러한 조촉매는 주로 Pt, Au, Ag, Pd, Rh 등의 귀금     속으로 이루어져 있어 실용성이 떨어진다는 단점이 있다.
◇ g-C3N4, black TiO2와 같은 새로운 물질을 이용해 광촉매를 합성한다. g-C3N4는 유기 반도체로 합성 변수, 형태, 화학적 불순물(dopant)에 따라 밴드갭이 달라진다. g-C3N4는 전자-정공쌍의 재결합이 빨라 광촉매의 효율이 저하되는 단점이 있다. 따라서 구조적으로 복합체 형태가 제안되었다. 
◇ 또한 Ag, Au, Pb 등 금속 산화 나노입자(NPs)를 g-C3N4에 함께 사용하는 복합체 연구가 진행되어왔다. 이는 광촉매의 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 응용 범위를 다양하게 하여 유기 오염물 제거, 물분해를 통한 수소 및 산소 생산 등에 넓게 쓰이게 되었다.
◇ g-C3N4,에 대해 가장 많이 연구된 조촉매는 TiO2와 Cu2O이다. Cu2O는 TiO2와 비교하여 낮은 가격, 높은 매장량, 무독성, 좁은 밴드갭(2.0-2.2eV)으로 인해 연구에 적합하다. 
◇ 기존의 Cu2O와 g-C3N4 복합 광촉매는 g-C3N4를 열처리를 통해 만들고, Cu2O를 침전법을 통해 접합하는 방식을 이용한다. 이는 대량생산 공정에 이용되기에는 복잡한 처리 과정을 거치므로 개선이 필요하다.
◇ g-C3N4와 Cu2O만을 이용한 복합체 선행 연구의 경우 Cu2O의 재결합을 방지해주는 역할을 하는 물질이 없어 개선할 문제점으로 거론되고 있다.
◇ 이외에도 g-C3N4와 Cu2O만을 이용한 복합체에 대해서는 precursor에 따른 연구들이 진행되어 왔으나 이 경우에도 재결합 방지 및 삼중 복합체 구조에 대한 방향은 아닌 것으로 사료된다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

◇ 물 분해용 광촉매 및 이를 이용한 수소의 제조방법
[ Photocatalyst for water splitting, and hydrogen production method from water using the same]
: 본 발명은 물 분해용 광촉매 및 이를 이용한 수소의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광촉매는 전이금속(M)이 도핑된 질화 탄탈럼과 상기 질화 탄탈럼을 둘러싸고, 전도성 고분자를 포함하는 코팅층을 포함하는 구성을 가짐으로써 인체에 무해하고 촉매의 안정성이 뛰어나다. 뿐만 아니라 가시광에 대한 광학 활성이 우수하고, 광 조사로 인해 들뜬 전자와 정공의 재결합이 억제되어 물 분해 효율이 높다. 이를 이용하여 물 분해(water splitting)를 수행할 경우 가시광 조건 하에서 수소(H2)를 높은 수율로 제조할 수 있는 이점이 있다.
→ 물 분해를 통해 수소를 생산하는 광촉매의 이전 연구에 관한 특허이다.

◇ 광촉매 전극 구조체, 이의 제조방법 및 수소발생장치
[Photocatalyst electrode, electrode structure, method of manufacturing the photocatalyst electrode structure, and hydrogen generation device]
: 광촉매 전극 구조체의 제조방법 및 수소발생장치에서 광촉매 전극 구조체는 블랙 실리콘 기재 및 블랙 실리콘 기재의 나노 컬럼들의 표면에 접합된 다수의 탄소나노튜브들을 포함한다.
→ 물 분해를 통해 수소를 생산하는 광분해 방법 중 전극을 이용한 이전 연구에 관한 특허이다.

◇복합 광촉매 및 그의 제조방법
[Hybrid photocatalyst and method for preparing the same]
: 본 발명은 금속 산화물 및 금속 산화물 상에 형성된 비결정성(amorphous) 전이금속 옥시나이트라이드 박막;을 포함하는 복합 광촉매 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 이에 의하여, 본 발명의 복합 광촉매는 낮은 온도에서 제조될 수 있으며, 또한 금속 산화물을 도핑하여 가시광으로의 흡수 영역을 넓히면서도, 원래의 자외선 영역에서의 효율을 감소시키지 않으면서 물분해 등에 사용되어 결과적으로 수소 제조의 효율을 향상시킬 수 있다.
→ 광촉매 중 단일 물질이 아니는 여러 물질을 이용해 만든 복합 광촉매의 이전 연구에 관한 특허이다.

◇카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체 제조방법 및 이에 의해 제조되는 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체
[Method of preparing carbon nitride-graphene composites and the carbon nitride-graphene composites prepared by the same method]
: 본 발명은 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체 제조방법 및 이에 의해 제조되는 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 그라파이트 옥사이드를 용매하에서 박리하여 그래핀 옥사이드 분산용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 분산용액에 시안아마이드(cyanamide)를 첨가하여 100 ~ 150 ℃에서 환류시키는 단계(단계 2)를 포함하는 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체 제조방법은 그래핀 옥사이드 표면에 결합된 산소를 포함하는 작용기를 효과적으로 환원시킬 뿐만 아니라 종래 알려진 카본 나이트라이드 제조공정보다 상대적으로 저온에서 카본 나이트라이드 구조를 형성시킬 수 있고, 카본 나이트라이드(C3N4)-그래핀 복합체를 대량으로 수득할 수 있는 장점이 있다.
→ 카본 나이트라이드(C3N4)의 합성 방법에 관한 이전 연구의 특허이다.

◇단결정 산화구리 박막을 이용한 광촉매제 및 그 제조방법
[Photocatalyst using single crystal copper oxide thin film and its fabrication method]
: 본 발명은 단결정 산화구리 박막을 이용한 광촉매제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 구리 박막의 산화를 통해 단결정 산화구리 박막을 형성하고, 상기 단결정 산화구리 박막 상부에 원형 패턴의 산화아연 마이크로를 형성함으로써 광학적 특성과 전기적 특성 및 기계적 안정성이 우수한 단결정 산화구리 박막을 이용한 광촉매제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 투명기판, 상기 투명기판 상부에 형성된 단결정 산화구리층, 상기 제1산화구리층 상부에 형성된 제2산화구리층 및 상기 제2산화구리층 상부에 형성된 산화아연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 산화구리 박막을 이용한 광촉매제를 기술적 요지로 한다.  
→ 구리 산화물을 합성하여 광촉매에 응용한 이전 연구에 관한 특허이다.

◇팔라듐이 함유된 카본 나이트라이드 지지체를 이용한 메탄올과 일산화탄소의 카르보닐레이션 반응으로부터 아세트산을 제조하기 위한 촉매 및 이의 제조방법
[Catalyst using carbon nitride support containing palladium for preparing acetic acid from carbonylation reaction of methanol and carbon monooxide, and preparation method thereof]
:본 발명은 팔라듐이 함유된 카본 나이트라이드 지지체를 이용한 메탄올과 일산화탄소의 카르보닐레이션 반응으로부터 아세트산을 제조하기 위한 촉매, 이의 제조방법 및 이의 사용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지지체로서 팔라듐(Pd)이 함유된 카본 나이트라이드 지지체를 사용하고 상기 지지체에 로듐 화합물을 촉매 활성물질로서 담지함으로써 팔라듐 금속이 지지체 구조상에 내포되어 팔라듐 리칭의 문제발생 가능성을 차단하고 촉매 활성 성분으로서 사용되는 고가의 귀금속인 로듐의 함량을 줄이면서 반응에 사용된 이후 로듐의 손실을 억제함과 동시에 팔라듐 금속으로 인한 지지체-활성물질간의 상호작용 증진을 통해 촉매의 활성도를 증진시킬 수 있는 메탄올과 일산화탄소의 카르보닐레이션 반응으로부터 아세트산을 제조하기 위한 촉매, 이의 제조방법 및 이의 사용방법에 관한 것이다.
→ 카본 나이트라이드에 복합체 구조를 형성해 오염물질을 없애는 용도에 활용한 이전 연구에 관한 특허이다.

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 실제 태양광 하에서 물 분해 수소생산 효율을 극대화하여 산업적 응용이 불가능한 것을 극복할 수 있다.

◇ 수소 생산 외에도 유기물 분해 등의 친환경적 분야에도 응용이 가능할 것으로 보인다. 현재 광촉매 유기물 분해 연구는 미세먼지와 대기오염물질 분해 기능을 할 수 있으며, 해당 기능을 하는 제품으로는 페인트 와 공기청정기로 상용화되어 있는 단계이다.

◇ 예를 들어 천안시의 발표에 따르면 광촉매 공기정화의 경우 질소산화물 저감 효과에 대한 실험실 평가 결과, 약 20분 정도 경과한 후 질소산화물이 42.8%의 감축효과를 보인 것으로 나타났다. 이처럼 광촉매는 실제 환경에 대입되어 효과를 거둘 정도로 기술적 발전을 이룬 단계이며 이후 지속적인 개선을 통해서 기술적 응용이 다양하게 나타날 것으로 예측된다.

◇그 뿐만 아니라 염료 등의 코팅 강화에도 사용 될 수있다.

◇광촉매 제조 시 기존 g-C3N4, Cu2O 합성 과정에 비해 생산 과정을 간소화한다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 물과 태양광은 지구 어디든 존재하기 때문에 화석연료 매장의 지역적 한계를 벗어날 수 있다.

◇ 우리나라의 경우, 높은 해외 에너지 수입 의존도를 낮출 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용 본 과제에서는 g-C3N4/Cu2O/CuO 복합체를 합성하여 가시광선 영역에서의 광촉매 활성 증대와 재결합을 방지하고, 이를 통해 결과적으로 기존 촉매보다 개선된 수소 생산 효율을 보이는 물질을 합성하는 것을 목표로 하였다

설계 사양

내용 ◇가시광 영역에서의 광촉매 활성 증대와 재결합 현상 방지 -단일 광촉매를 사용했을 시 발생하는 대표적인 문제로는 먼저 자외선 영역에서만 광촉매 활성을 보인다는 점이 있다. 이는 띠 간격을 줄여 가시광 영역에서 광촉매가 반응할 수 있도록 함으로써 해결될 수 있다. 다음으로 또 다른 난점으로 알려진 재결합 현상은 복합체 구조를 합성 한 후 Z-scheme을 이용해 최대한 방지할 수 있다. 이러한 개선을 통해 실제 태양광에서의 수소 생산 효율을 증가시킨다.

◇광촉매 및 사용 물질 선정

외부로부터 인가전압을 가하지 않고 물의 광분해를 진행하기 위해서는 반도체 촉매의 띠 간격이 물의 산소로 산화되는 전위(이론값 1.23eV)보다 커야만하고, 원자가 띠가 물로부터의 산소 발생 전위보다 양의 위치에, 전도띠가 수소 발생 전위보다 음의 위치에 있어야 한다. 실제로 광촉매가 물 분해 반응을 수행하기 위해서는 적어도 ~2.0eV 정도의 띠 간격을 가져야 하는 것으로 제안되었는데, 이는 물 분해에 필요한 순 열역학적 에너지 1.23eV 이외에도 전자와 정공의 흐름이나 물질 확산, 계면반응 저항 등을 극복할 수 있는 추가적인 과전압이 제공되어야 하기 때문이다.

수소 생산에 적합한 원자가 띠와 전도띠를 갖고 있으며 우수한 전자 이송 능력을 갖고 있으며 또한 전구체로부터 비교적 쉽게 제작할 수 있는 carbon nitride와 가시광선 영역을 활용하기에 적절한 띠 간격과 전도띠 위치를 가지고 있어 태양광을 활용하기에 적합한 구리 산화물의 특성으로 개선한다.

개념설계안

내용 ◇멜라민을 한번 열처리해서 bulk g-c3n4를 합성한다, 그 후 열처리나 화학적인 방법을 이용해 nanosheet gc3n4를 합성한다.

◇nanosheet gc3n4에 침전법을 이용해 cus를 접착시킨다.
◇gc3n4-cus를 고온의 산소 및 질소 조건에서 산화시킨다.
◇g-C3N4/Cu2O/CuO 촉매를 이용해 수소생산실험을 진행한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용 STH(Solar to Hydrogen) : calculate the photoconversion efficiency of a semiconductor in water splitting AQE(apparent quantum efficiency) : obtained quantum efficiency at specific monochromatic wavelength

상세설계 내용

내용

- g-C3N4 : 이 물질은 graphene을 닮은 sheet-like (2D) 형상을 갖고 있어 강한 공유결합을 가져 상온조건에서 안정한 물질이며 urea, melamine의 단순한 thermal treatment를 통해 쉽게 합성할 수 있다. 적절한 밴드갭을 가지고 있어 가시광 영역의 빛을 흡수하며 수소생산에 적합한 원자가 띠와 전도띠를 갖고 있다. - Cu2O, CuO : g-C3N4보다 작은 밴드갭을 가져 g-C3N4의 제한적인 광반응 영역을 확장시켜주며, Z-scheme 형성을 통해 전자-정공 분리에 의한 수소생산 효율 향상이 가능하다. Cu 전구체의 산화를 통해 쉽게 형성 가능하다. - Melamine : g-C3N4의 전구체 중 값싸고 간편한 방법으로 g-C3N4를 합성할 수 있다. - Cu(NO3)2・2H2O : Cu2O, CuO를 제공하는 전구체이다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용 완성된 샘플의 SEM사진

데이터

포스터

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

이 연구의 결과가 성공적이라면, 다양한 활용 방안이 있다. 아래의 본문은 연료전지를 이용하여 물분해로 수소를 생산하는 분야의 내용을 담고 있다. 한국에너지공단의 신재생에너지 분야 관련 정보에 의하여 기술되었으며 적용범위에 자동차와 산업용∙가정용 연료전지 두 분야로 나눌 수 있다.

1. 수소자동차 연료 수소 자동차는 친환경 자동차의 일종으로, 작동원리는 [그림 6]과 같다. 먼저 차량에 내재된 수소탱크에서 저장된 수소가 전기발생장치로 이동한다. 그 다음, 연료전지에서는 산소의 화학반응을 통해 전기를 만들어 모터로 보내고, 모터는 전기 에너지를 운동에너지로 전환하여 차량을 움직일 동력을 제공한다. 또한, 추가적인 기능으로 연료전지에서 생산된 전기는 보관도 가능하여 추가 주행 시에 사용할 수 있다. 이 때 사용되는 수소연료전지는 [그림 7]와 같은 구조를 가진다. 수소탱크에서 수소가 공급되면 연료전지 스택에서 산소가 추가 투입되어 수소와 만나 화학반응을 일으켜 전자를 제공해 전기가 발생하고 결과적으로는 물이 배출되는 구조이다. 수소자동차의 배출 물질은 수증기이며 공기 중의 미세먼지를 흡착하여 미세먼지 저감 효과가 있다. 수소자동차의 가스 배출구에는 필터를 장착할 수 있는데 한 시간을 운행할 시에 29.6kg의 공기를 정화하고 20mg의 미세먼지를 흡착한다. 이는 성인 40명 이상이 1시간 동안 호흡할 분량의 맑은 공기이다. 도요타의 자료를 토대로 작성한 [그림 8]의 그래프를 참고하면, 4가지 차종을 비교할 시에 현재 수준에서 가장 이산화탄소 배출량이 적은 자동차는 수소차이다. 이처럼 친환경적인 수소자동차의 지속적인 개발과 환경보존을 위해서 수소생산량의 확대가 필요하다. 본 연구는 그러한 목표에 최적화된 목표를 지니고 있다는 의의가 있다.

2. 물 분해를 통한 수소 발전기 (수소 연료 전지)

 물 분해를 통해 생산된 수소는 전력 생산에 큰 도움이 된다. 수소와 연료 전지의 관계는 수소 자동차에서도 언급되었으나, 보다 자세히 살펴보겠다. 연료전지(fuel cell)란 연료가 가진 화학에너지를 전기화학 반응을 통해 직접 전기에너지로 바꾸는 에너지 변환 장치이다. 배터리와는 달리 연료가 공급되는 한 재충전 없이 계속해서 전기를 생산할 수 있다. 반응 중 발생된 열은 온수 생산에 이용되어 급탕 및 난방으로 가능하다. 다음 페이지의 [그림 9]는 기존의 수소 연료 전지 발전기의 구조이다.
 기본 원리는 도시가스를 이용해 수소를 만들고, 공기 중의 산소와의 전기화학반응을 일으키는 발전기이다. 기존 모델이 도시가스를 연료로 소비하는 것과 달리, 물 분해를 통해 수소를 생산한다면 도시가스 낭비를 막을 수 있으므로 친환경적이라고 말할 수 있다. 분해를 이용해서 만들어진 수소를 공기 중의 산소와 반응시키면 총 3가지 종류의 자원을 얻을 수 있다. 첫 번째는 발전 결과 생산된 전기이며 가정과 산업에 이용될 수 있다. 두 번째로는 발전 과정에서 나오는 열이다. 별도 비용 없이 온수를 공급할 수 있다. 마지막으로는 물을 얻을 수 있는데 이는 가장 중요한 부분이라고 할 수 있다. 
물 분해-연료 전지 발전기에서 물이 결과물로 나온다는 것은 굉장한 효율성을 가져다준다. 연료가 발전 과정에서 일정 부분 회수되기 때문에 기존 도시가스를 사용한 모델에 비해서 친환경적임과 동시에 연료 사용의 큰 이득을 볼 수 있다. 물 분해-수소 발전기는 에너지 순환을 바탕으로 하는 한 단계 진화된 발전 시스템으로 자리 잡을 것이다.

특허 출원 내용

내용