▲개발된 인공광합성 디바이스의 실제 모형.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 나뭇잎보다 뛰어난 최고 효율을 가진 일체형 인공광합성 장치가 개발됐다. 태양빛만으로 값비싼 일산화탄소와 같은 화학원료를 생산할 수 있는 셈이다.

자연의 나뭇잎과 마찬가지로 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 직접 고부가가치의 화합물(화학원료)을 생산할 수 있는 최고 수준의 인공 광합성 디바이스 기술이 국내 연구팀에 의해 개발됐다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 청청에너지연구센터 민병권·황윤정 박사 연구팀은 태양전지기술과 촉매기술을 융합해 태양광 에너지만으로 작동하는 세계 최고 효율(4.23%)의 일체형 인공광합성 디바이스를 내놓았다.

자연의 광합성을 모방해 화석연료나 바이오매스 등과 같은 태양에너지가 저장돼 있는 매개체를 거치지 않고 태양 에너지를 고부가가치의 화합물로 바꿔 주는 인공광합성 기술은 오랫동안 과학자들의 관심을 끌어 왔다. 최근 지구 온난화 등 기후변화가 심화되면서 이에 대응할 수 있는 친환경적 고부가가치 화합물 제조 방법이 절실한 시점이다.

연구팀은 1%의 효율 수준을 가진 자연의 나뭇잎보다 성능이 뛰어난 인공광합성 디바이스를 구현함으로써 이런 기술이 현실화 될 수 있는 가능성을 제시했다.

인공광합성 기술을 완성하기 위해서는 다양한 요소 기술의 융합이 필요하다. 태양광을 흡수해 전자를 생산하는 광전극 기술, 물분해를 위한 촉매 기술, 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환시켜 주기 위한 촉매 기술은 핵심 요소 기술이다.

지금까지 전 세계적으로 각 개별 요소 기술에 대한 연구가 대부분 진행돼 왔다. KIST 민병권, 황윤정 박사 연구팀은 각 요소기술 개발뿐 아니라 이들 기술을 통합해 실질적으로 태양빛으로 작동되는 일체형 인공광합성 디바이스를 제조했다. 4.23%의 효율을 가진 디바이스의 성능을 시연했다. 이는 현재 알려진 인공광합성 디바이스의 효율이 최고 1.8%임을 감안할 때 획기적 성능이다.

개발한 기술은 또 태양전지 모듈과 같이 패널형으로 디바이스를 제조해 효과적으로 태양빛을 이용할 수 있다. 이렇게 만들어진 인공광합성 디바이스의 효율을 앞으로 10%까지 올린다고 가정했을 때 100㎢ 면적(울릉도 면적의 약 1.4배)에 설치해 하루 6시간씩 가동시킨다면 1년에 약 800만톤의 일산화탄소를 생산할 수 있다. 이는 10조원의 가치에 해당된다.

민병권 박사는 "이번에 개발된 인공광합성 디바이스 기술은 앞으로 태양전지와 마찬가지로 패널형으로 제조와 설치가 가능하다"며 "태양빛만 이용해 원하는 고부가화합물을 직접 대량 생산할 수 있는 미래형 화학원료와 연료 생산 시스템으로 발전할 수 있다"고 말했다.

연구결과는 과학전문지인 'Journal of Materials Chemistry A'에 후면 표지(논문명:A monolithic and standalone solar-fuel device having comparable efficiency to photosynthesis in nature)로 실릴 예정이다.



정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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