이산화탄소를 자원으로 바꾸는 친환경 태양열 기술 '인공광합성'!

식물은 햇빛과 공기 중의 이산화탄소를 흡수해 포도당이라는 에너지를 만듭니다. 이 과정을 '광합성'이라고 하는 건 다들 아실 텐데요. 이렇게 만들어진 포도당은 식물이 직접 에너지원으로 사용하거나, 다른 물질과 결합해 열매에 저장되기도 하죠. 육식동물이 식물을 먹는 만큼 태양광으로부터 지구 생태계의 근원이 시작됐다고 볼 수도 있을 거예요.

최근 과학자들이 이 놀라운 광합성의 비밀을 풀어 식물 없이도 직접 태양광을 이용해 자원을 얻으려고 하고 있는데요. 오늘은 바로 '인공광합성' 기술을 소개해드리려고 합니다.

인공광합성이 주목받기 시작한 건 정말 최근입니다. 2011년 당시, 미국 오바마 대통령이 국정연설을 통해 친환경 에너지원 연구를 '우리 시대의 아폴로 프로젝트'라고 치켜세우며 대표적인 사례로 인공광합성 연구를 꼽기도 했는데요. 인류의 운명에 큰 영향을 미칠 핵심 기술로 평가한 것이죠.

2012년, 일본 자동차기업 도요타에서 인공광합성 촉매를 처음 개발했을 때의 효율은 0.08%에 불과했어요. 태양으로부터 100만큼의 에너지를 받았을 때 최종적으로 생산되는 에너지가 0.08밖에 안된다는 의미죠. 식물의 광합성 효율은 1%라는 점을 고려했을 때 무척이나 적은 효율이었습니다.

하지만 국내 연구진이 새로운 역사를 기록했는데요. 지난해 3월 민병권 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터장이 이끄는 국내 연구진은 식물보다 무려 4배 높은 효율로 에너지를 생산하는 인공광합성 장치를 개발했답니다.

식물의 광합성은 엽록소가 빛을 에너지로 사용하도록 도와주지만, 연구진이 개발한 장비는 태양전지가 엽록소의 역할을 했는데요. 태양전지로 생성한 전기가 이산화탄소를 분해해 일산화탄소(CO)와 물을 만드는 과정이었죠. 효율은 무려 4.23%로 기록됐답니다.

민 센터장은 “1년이 더 지난 현재는 그보다 앞선 연구들이 속속 등장해 효율이 5~6%까지 올라왔다”며 “10% 수준까지 높아진다면 시장에서 경쟁력이 있다”고 전하기도 했죠.

인공광합성을 이용하면 인간이 사용할 수 있는 많은 유용한 자원을 만들어 낼 수 있습니다. 우성일 KAIST 생명화학공학과 교수팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 인공광합성 장치를 개발했는데요. 탄소와 산소가 하나씩 결합한 형태인 일산화탄소(CO)는 직접 연료로 쓸 수 있을 뿐 아니라 다른 물질과 결합해 쉽게 플라스틱 등의 원료로 사용할 수 있다고 해요. 이 결과는 학술지 ‘앙케반테 케미’ 6월 28일 자에 발표되기도 했답니다.

또, 백진욱 한국화학연구원 인공광합성연구그룹장이 이끄는 연구진은 이산화탄소를 개미산으로 알려진 ‘포름산’으로 바꾸는 기술을 개발했습니다. 포름산은 고무제품, 섬유염색, 세척제, 향료, 살충제 등을 만드는 데 필수적으로 쓰이는 화학물질인데요. 기존 포름산을 만들기 위해선 화석연료가 사용됐지만, 태양광과 이산화탄소만 이용했기 때문에 자연 친화적이랍니다.

백 그룹장은 “태양광 에너지로 포름산 1t을 만들 때마다 이산화탄소가 0.96t이 줄어든다”며 “태양광으로 여러 화학물질을 생산할 수 있는 ‘태양광 화학 공장(Solar Chemical Factory)’ 구축이 목표”라고 밝히기도 했죠.

오늘 소개해드린 인공광합성이라는 기술은 어떠한 자원의 낭비나 피해가 없다는 것이 가장 큰 특징이자 장점인데요. 지구 온난화와 에너지 자원고갈문제가 더욱 심해질 것이라는 예상이 난무하는 가운데 나온 것들이라 더욱 주목받고 있는 것 같습니다. 게다가 이산화탄소를 유용한 자원으로 바꿀 수 있다니 놀랄 수밖에요.

자연 친화적인 공장. 그동안은 말이 될 수 없는 또는 굉장히 모순되는 단어였는데요. 머지 않을 미래에는 정말 태양으로 가동되는 자연 친화적인 공장이 세워진다는 소식이 들려올 것 같습니다.

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