<사진. 화석 연료의 사용을 대체할 수 있는 인공 광합성.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

인공 광합성의 중요한 진전

호주 연구진은 화석연료를 대체할 수 있는 인공 광합성 프로세스를 개발하는데 중요한 진전을 이루었다.

인공 광합성은 이산화탄소, 물, 태양광만으로 연료와 화학물질을 제조할 수 있는 산업 공정이다. 이것은 더 이상 화석연료를 필요로 하지 않게 하는데 중요한 역할을 할 것이다. 저널 Advanced Energy Materials에 게재된 최근 연구에서, 모나쉬 대학(Monash University)의 연구진은 인공 광합성 프로세스를 개발하는데 한 걸음 더 가까이 다가가게 되었고, 이산화탄소를 메탄올로 변환시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 메탄올은 자동차를 운행하고 집을 따뜻하게 하고 연료 전지에서 전기를 생성할 수 있는 지극히 유용한 액체 연료이다.

ACES(ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science)의 에너지 프로그램(Energy Program)의 리더인 Douglas MacFarlane 교수는 전 세계의 과학자들이 다음과 같은 인공 광합성 기술을 개발하기 위해서 노력하고 있다고 말했다: 광합성 속에 발생하는 근본적인 프로세스를 이해하고 산업용 프로세스 속에 그들을 적용하는 기술.

“인공 광합성 프로세스는 식물계 광합성보다 훨씬 더 효율적일 수 있고, 이것은 태양광과 물이 풍부하다면 ‘태양 연료’ 공장을 이용해서 많은 연료를 공급받을 수 있다”고 MacFarlane 교수가 말했다. “화학적 측면에서 이 프로세스의 핵심은 새로운 촉매의 개발이다. 한 개의 촉매는 물을 산화시키는 역할을 하고, 또 다른 것은 이산화탄소를 흡수해서 환원시키는 역할을 한다. 촉매가 광 에너지를 흡수할 수 있는 재료들과 결합할 때, 메탄올과 같은 효율적인 연료 생성은 가능하다”고 MacFarlane 교수가 덧붙였다.

MacFarlane 교수는 이번 연구팀에 의해서 이것이 달성되었다고 말했다. “우리는 구리 산화물을 기반으로 하는 광촉매를 만들었다. 이것은 약 2 나노미터의 매우 작은 탄소 양자점으로 코팅된 표면을 가진다. 이런 나노-복합물은 태양광만을 에너지원으로 사용해서 물속에 용해된 이산화탄소를 메탄올로 직접 변환시킬 수 있다”고 그는 말했다.

돌출 구조를 가진 탄소 양자점/Cu2O 헤테로구조가 합성되었고, 이것은 태양광 조사 하에서 CO2의 메탄올 전환을 위한 매우 효율적인 광촉매로서 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 탄소 양자점/Cu2O 광촉매는 전환 프로세스 동안에 뛰어난 안정성을 가지는데, 이것은 탄소 양자점의 광유도성 전자 전달 특성에 기인한다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr