"자연 광합성 모사한다"…빛 이용 인공광합성 원리 규명

인공광합성의 방법 중 빛을 직접 이용 시 더 높은 효율 보이는 원리 규명

연구결과 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 청정에너지연구센터 주오심 박사팀이 자연에서 발생하는 광합성을 모사하는 인공광합성 기술에서 반도체 전극과 금속복합체를 이용해 빛의 유무에 따른 반응의 차이와 그 원리를 밝혀냈다고 22일 밝혔다.

자연의 광합성을 모사해 급증하는 온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 인공광합성 기술은 최근 주목을 받고 있다. 현재 인공광합성은 태양광을 전기에너지로 바꾼 후 이용하는 방법과 빛 에너지를 직접 이용하는 방법이 있다. 하지만 두 방법을 사용했을 때의 차이가 아직 알려지지 않아 인공광합성 기술 설계에 큰 어려움이 있었다.

KIST 연구진은 빛 에너지를 직접 공급하면 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나게 할 수 있음을 밝혀냈다. 전기에너지를 이용할 때는 이산화탄소 환원 반응을 위한 높은 에너지가 필요하다. 그 경우 높은 에너지를 가진 전자는 이산화탄소 환원뿐 아니라 수소 발생 반응도 쉽게 일으키게 된다. 빛 에너지를 공급할 경우 반도체의 전자는 이산화탄소 환원 반응에만 적합한 수준의 에너지만 갖게 돼 수소 발생 반응은 일어나지 않게 된다.

KIST 연구진은 이러한 사실을 이용해 빛 에너지를 공급하는 조건에서 98% 이상의 전자가 이산화탄소 환원 반응에 참여하게 유도할 수 있었다. 전기에너지만 공급하는 경우에는 전자 중 14%만이 이산화탄소 환원 반응에 사용됐다. 주오심 박사는 "이번 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것"이라고 말했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr