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온실가스 CO₂→ 필수자원 ‘포름산’ 바꾸는 인공나뭇잎 개발

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2018년 06월 19일 12:45 프린트하기

인광광합성이 가능한 신기술이 개발 됐다. - 사진 pixabay
인공광합성이 가능한 신기술이 개발 됐다. - 사진 pixabay

식물의 광합성 기능을 인공적으로 구현한 ‘인공 나뭇잎’을 국내 연구진이 개발했다. 한국화학연구원 백진욱 CO₂ 에너지연구센터장 연구팀은 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 ‘포름산’을 생산할 수 있는 ‘3차원(3D) 플라스틱 나뭇잎’ 원천기술을 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

 

포름산은 고무 제품, 섬유염색약 및 세척제, 살충제 등의 제조 과정에 필수적으로 들어가는 화학물질이다.

 

식물은 광합성을 한다. 태양빛을 받아 이산화탄소를 산소로 바꾸고, 이 과정에서 에너지를 얻어 성장한다. 이와 비슷하게 태양빛을 이용해 자원을 생산하면서 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 동시에 제거하는 기술을 ‘인공광합성’ 기술이라고 부른다.

 

 

인공광합성 기술은 세계적으로 연구가 진행 중이지만 백진욱 센터장 팀은 이를 한층 더 진보시켰다. 연구진은 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매 분말을 플라스틱 형태로 만드는 데 성공했다. 마치 식물의 나뭇잎처럼 플라스틱으로 만든 필름에 햇빛을 쪼여주기만 하면 포름산을 생산해 내 놓는다. 연구팀은 인공광합성을 통한 포름산 제조 기술을 2009년부터 개발해 왔다. 2012년과 2016에도 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용한 고효율 포름산 제조에 성공한 바 있다.

 

이번에 새로 개발한 광촉매는 광흡수 물질을 포함하고 있어 기존에 개발했던 얇은 필름 형태의 광촉매보다 태양광을 받는 표면적을 더 넓고 효율적으로 만들 수 있다. 이 결과 태양광 전환 효율이 과거에 비해 150% 증가했다.

 

포름산은 주로 화석연료에서 합성된 알코올(메탄올)을 원료로 만든다. 제조 공정상 이산화탄소 배출이 불가피했으나, 인공광합성 기술로 제조하면 이산화탄소가 원료자원이 되므로 배출을 피할 뿐 아니라 감축까지 할 수 있다.

 

이번 기술은 이산화탄소 배출 없이 화학물질을 생산할 수 있는 원천기술이다. 연구진은 이 기술을 상용화하면 태양광에너지로 포름산 1톤을 생산할 경우, 이산화탄소를 0.96t 저감할 수 있다고 밝혔다. 향후 포름산 뿐 아니라 의약품 원료 등 다양한 고부가 정밀화학 제품을 태양광에너지를 이용해 생산할 수 있으리라 기대하고 있다.

 

박 센터장은 “지구온난화 및 에너지 자원 고갈 문제를 동시에 해결할 미래형 원천기술”이라며 “향후 태양광을 이용해 의식주 모두를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 태양광 공장(Solar Chemical Factory) 건설도 꿈은 아니다”라고 밝혔다.
 
이 연구는 촉매과학분야의 국제 학술지 캠켓캠(ChemCatChem) 5월 28일자 전면 표지논문으로 게재됐다.

 

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화학분야 전문지 캠켓캠(ChemCatChem) 2018년 5월 28일 표지. Wiley-vch 제공

 

 

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