KIST-고려대 연구팀, 고효율 인공광합성 시스템 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 국내 연구팀이 나뭇잎이 에너지를 얻는 자연의 섭리처럼 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 직접 고부가화합물(화학원료)을 대량생산할 수 있는 인공 광합성 시스템 기술을 개발했다.

27일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 청청에너지연구센터 민병권, 김홍곤, 황윤정 박사 연구팀과 고려대학교 그린스쿨대학원 태양전지 연구팀(김동환, 강윤묵 교수)은 태양전지기술과 촉매기술의 융복합을 통해 태양광 에너지만으로 작동하는 자가구동, 일체형 인공광합성 디바이스 기술을 개발했다.

자연의 광합성을 모방해 화석연료나 바이오매스 등과 같은 태양에너지가 저장돼 있는 매개체를 거치지 않고 태양에너지를 직접적으로 고부가화합물로 바꾸어 주는 인공광합성 기술은 꿈의 기술로 주목받아왔다.

특히 기후변화 대응형 화학원료 제조 방법이 필요한 현 시점에서 인공광합성 기술은 매우 중요한 기술로 여겨지고 있으나 아직은 세계적으로 초보적인 기술수준이다. 태양광-화학원료를 대량생산 할 수 있는 구체적인 방법에 대해 아직까지 제시된 바가 없는 상태였다.

이에 연구팀은 연구를 통해 선행연구 결과를 확장, 발전시켜 태양광-화학원료를 대량생산 할 수 있는 시스템을 개발했다. 꿈의 인공광합성 기술의 현실화 가능성을 제시한 셈이다.

연구팀은 각 요소기술 개발뿐만 아니라 이들 기술의 통합을 통해 실질적으로 태양빛만으로 작동되는 일체형 인공광합성 디바이스 모듈을 제작했으며 그 성능을 시연했다.

가장 일반화 돼있는 태양전지 기술인 실리콘 태양전지 기술을 스테인레스 스틸 기판에 적용, 광전극을 제조했다. 이때 사용된 스테인레스 스틸 기판 반대면에 나노구조화 기술을 도입해 물분해 특성이 획기적으로 증대된 산화전극을 개발했다.

또한 나노구조화된 은 촉매 전극을 개발해 이산화탄소로부터 일산화탄소를 고 선택적으로 생산할 수 있도록했다. 스테인레스 스틸 및 은 나노촉매 전극은 향후 인공광합성 디바이스를 상용화 시키는데 충분한 저가 촉매 소재라고 할 수 있다.

민병권 박사는 "이번 연구는 인공광합성 시스템을 태양전지와 같은 패널형 구조로 구현함으로써 태양광-화학원료의 대량생산 가능성을 보여주는 연구결과"라며 "향후 인공광합성의 상용화를 위해 한걸음 진일보한 연구결과라는 점에서 큰 의의가 있다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 KIST 기관고유 미래원천사업과 미래창조과학부와 한국연구재단이 시행하는 특화전문대학원 학연협력지원사업의 지원을 받아 수행됐다.