인공 광합성 효율을 기존 방식보다 1000배 이상 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 이번 연구를 기반으로 수소 연료 상용화 등 관련 기술 개발에 속도가 붙게 됐다.
위경량 대구대 화학·응용화학과 교수는 인공 광합성의 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 원천 기술 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.
인공 광합성은 식물이 햇빛을 받아 유기물을 만드는 자연 광합성처럼 태양광을 에너지로 사용, 이산화탄소와 물을 액체 연료와 산소로 전환시키는 반응이다.
이산화탄소를 감소시키고 연료와 산소를 생산할 수 있다는 점에서 지구 온난화 등 환경 및 에너지 문제의 근본을 해결할 수 있는 미래 핵심 기술로 각광받고 있다.
위 교수는 인공 광합성의 핵심인 `산화-환원 분리(redox separation)` 지속 시간을 기존의 밀리초(1000분의 1초) 단위에서 초 단위로 늘리는 기술을 확보했다.
인공 광합성에서는 광 유발 산화-환원 분리 지속 시간에 따라 생산되는 연료와 산소 양이 결정된다. 이때 지속 시간이 길어진다는 것은 인공 광합성을 통해 얻게 되는 연료와 산소 양이 증가함을 의미한다.
기존 연구에서는 산화금속 기반의 반도체 상에서 촉매제 효율을 높이는 방식으로 산화-환원 분리 지속 시간을 늘리려고 했다.
위 교수는 자기조립형 분자 기반 반도체를 통해 광 유발 산화-환원 상태(전하 분리)를 1000배 이상 대폭 지연할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
자기조립형 분자 기반 반도체는 나노 입자 크기의 인듐 주석 산화물(nanoITO)과 전하를 효율 높게 분리하는 분자기반 접합을 통해 만들 수 있다. 이는 제조 공정이 간단해 대량 생산에도 유리하다. 또 반도체 형태를 p형(정공주입)과 n형(전자주입) 등 자유자재로 바꿀 수 있어 다양한 태양에너지 전환소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
위 교수는 “이번 연구는 인공 광합성의 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 원천 기술이기 때문에 물에서 수소 연료생산 상용화 등 관련 기술 개발에 탄력을 받을 것으로 기대된다”고 밝혔다. 위 교수는 이번 연구를 기반으로 인공 광합성 후속 연구에 박차를 가할 계획이다.
이번 연구는 미국 노스캐롤라이나주립대 연구팀과 공동으로 진행됐다. 연구 논문은 세계 저명 학술지 네이처케미스트리 6월호에 실렸다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
