인공광합성으로 화학원료 대량 생산한다

KIST 연구팀, 관련 기술 개발

▲화학원료 생산이 가능한 일체형 자가구동 인공광합성 디바이스 시스템.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 나뭇잎처럼 광합성을 통해 화학원료를 대량생산하는 인공광합성 시스템이 개발됐다. 나뭇잎이 에너지를 얻는 자연의 섭리처럼 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 직접 고부가 화합물(화학원료)을 생산할 수 있는 '인공 광합성 시스템 기술'을 내놓았다.

자연의 광합성을 모방해 화석연료나 바이오매스 등과 같은 태양에너지가 저장돼 있는 매개체를 거치지 않고 태양에너지를 직접적으로 고부가 화합물로 바꾸어 주는 인공광합성 기술은 오랫동안 꿈의 기술로 과학자들의 관심이었다. 기후변화 대응형 화학원료 제조 방법이 필요한 시점에서 인공광합성 기술은 매우 중요한 기술이다.

연구팀은 태양전지·촉매 융복합 기술개발을 통해 태양광·화학원료를 효과적으로 생산할 수 있는 디바이스 구조를 제안했다. 이번 연구를 통해 선행연구 결과를 확장, 발전시켜 태양광·화학원료를 대량생산 할 수 있는 시스템을 개발하고 이를 통해 꿈의 인공광합성 기술의 현실화 가능성을 제시했다.

인공광합성 기술을 완성하기 위해서는 다양한 요소 기술들의 융·복합이 필요하다. 태양광을 흡수해 전자를 생산하는 광전극 기술, 물 분해를 위한 촉매 기술 등이 있어야 한다. 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환시켜 주기 위한 촉매 기술은 핵심 요소 기술이라고 할 수 있다.

이번 기술의 장점은 태양빛 이외의 추가적 에너지 투입 없이 스스로 구동하는 시스템이라는 데 있다. 태양전지 모듈과 같이 패널형으로 제조해 효과적으로 태양빛을 이용할 수 있다. 단일 디바이스 8개를 모듈화해 대량생산이 가능한 시스템을 제시했다.

인공광합성 디바이스 효율을 향후 10% 까지 발전시킨다면 현재 우리나라 영월군 40㎿ 태양전지 플랜트 면적(0.25 ㎢)과 같은 수준으로 설치해 하루 4시간씩 가동시킨다면 연간 1만4000톤의 일산화탄소를 생산할 수 있다. 이는 같은 면적에서 전력을 생산하는 것 보다 3배 이상의 부가가치에 해당한다.

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 청청에너지연구센터 민병권, 김홍곤, 황윤정 박사 연구팀과 고려대학교 그린스쿨대학원 태양전지 연구팀(김동환, 강윤묵 교수)이 수행했다. 민병권 박사는 "이번 연구는 인공광합성 시스템을 태양전지와 같은 패널형 구조로 구현함으로써 태양광·화학원료의 대량생산 가능성을 보여줬다"며 "인공광합성의 상용화를 위해 한걸음 진일보한 연구결과라는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr