공해 없는 빛 에너지 이용 ‘인공광합성’ 기술...산업 적용에 아직 과제 남아 [지식용어]

[시선뉴스 조재휘 / 디자인 최지민] 오늘날 우리는 지구온난화와 화석 연료의 고갈로 자연재해가 발생하고 있으며 그에 따른 질병과 생태계 파괴도 이어지고 있다. 인류는 이런 문제를 해결하기 위해 온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 배출하지 않고 무제한으로 존재하는 태양에너지를 이용하려는 노력을 하고 있다.

국내의 KAIST 신소재공학과 박찬범 교수팀은 효소 반응과 태양전지 기술을 접목해 자연계의 광합성을 모방한 ‘인공광합성’ 시스템 개발에 성공해 이슈가 됐다.

‘인공광합성’은 온실가스인 이산화탄소를 광화학적 반응 등을 통해 일산화탄소로 변환시킨 뒤 해당 일산화탄소를 여타 물질들과 결합시켜 경제에 유용한 물질로 변환시키는 기술이다.

이 기술은 이산화탄소로부터 고부가가치 물질인 일산화탄소를 선택적으로 생산해 주목을 받았으며, 국내 연구진은 이산화탄소를 이용해 일산화탄소를 만드는 과정에서 부산물이 생성되는 것을 줄일 방법을 확인했다.

한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 광전극(빛을 흡수해 전력을 만들어 낼 수 있는 전극)과 조촉매(촉매 반응을 향상시켜 주는 화학종)를 이용해 이산화탄소에서 일산화탄소를 생산할 때 전기에너지를 쓰는 것보다 빛 에너지를 쓰는 것이 효율적이라는 연구 결과를 지난달 22일 발표했다.

빛을 직접 이용하는 방법 외에 태양전지로 빛을 전기에너지로 바꾼 뒤 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 방법도 있지만, 이때는 부산물인 수소가 생성되는 반응이 더 빠르게 나타났다.

연구진에 따르면 빛 에너지를 직접 공급하는 방식으로는 광전극의 전자 가운데 98% 이상이 일산화탄소를 생산하는 반응에 참여하지만, 전기에너지만 공급할 때는 광전극 전자 중 14%만 일산화탄소 생산 반응에 사용됐다.

이에 연구진은 이번 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것이라고 말했다.

현재 인공광합성 기술 개발은 국내뿐 아니라 전 세계적으로도 활발히 진행되고 있다. 미국은 2010년부터 5년간 1억 달러 이상을 캘리포니아 공과대학, 버클리대, MIT의 우수연구자로 구성된 인공광합성 연구센터에 지원한다.

우리나라 역시 2009년부터 10년간 정부지원금 500억 원을 서강대 인공광합성 연구센터에 지원하고 있다. 이들 연구센터는 빛에너지를 이용해 물과 이산화탄소로부터 수소와 메탄올과 같은 청정연료를 생산하는 연구를 진행하고 있다.

실제 산업에 적용하기 위해 아직 과제가 남아있는 ‘인공광합성’ 기술. 하지만 무한 에너지원인 태양광을 이용해 친환경적으로 생산할 수 있다는 점에서 파급효과가 클 것이기에 기술 개발과 발전으로 이어지길 기대해 본다.