우리 연구진이 '탄소중립' 실현에 핵심 역할을 할 '인공광합성' 기술 현실화에 한 발 더 다가섰다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 연구원팀이 유재수 경희대 교수팀과 전기화학적 이산화탄소(CO₂) 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소(CO)를 얻을 수 있는 나노미터(㎚) 크기 가지 모양 '텅스텐·은' 촉매 전극을 개발했다고 29일 밝혔다.
CO₂ 전환 시스템을 상용 실리콘 태양전지와 결합, 실제 태양광에서 구동 가능한 대규모 인공광합성 시스템도 제작했다.
인공광합성 기술은 자연 광합성을 모방해 식물처럼 햇빛을 받아 이산화탄소(CO₂)를 에틸렌, 메탄올, 에탄올 등 고부가가치 화합물로 전환하는 기술이다. 그러나 경제성 및 기술적 한계로 실용화까지는 어려웠다.
텅스텐·은 촉매는 기존 은 촉매 대비 60% 이상 향상된 CO 생산 효율을 보였다. 100시간 시험에도 안정적이었다. 전자현미경, 실시간 분석법으로 살핀 결과 촉매 3차원 구조, 가지 모양 결정구조가 고효율·내구성 실현에 도움을 준 것으로 나타났다.
연구진은 더 나아가 해당 촉매를 이용한 CO₂ 전환 시스템을 120㎠ 크기 실리콘 태양전지와 결합, 인공광합성 시스템을 개발했다. 상용화된 태양전지에 연결해도 무리 없이 사용 가능하다.
해당 시스템은 현존 실리콘 태양전지 기반 인공광합성 시스템 중 가장 높은 수준인 12.1% 태양광-화합물 전환 효율을 보였다. 실제 실외 환경에서 햇빛만으로 CO₂를 CO로 고효율 전환하는 데 성공했다.
오형석 연구원은 “상용 실리콘 태양전지로 실제 환경에서 햇빛으로 직접 구동되는 진정한 인공광합성 시스템을 구축했다”며 “이 연구를 바탕으로 인공광합성 기술이 실용화되면 온실가스를 저감할 수 있고 석유화학 공정에서 생산되는 기초 화합물을 탄소중립이 실현된 인공광합성 방법으로 생산할 수 있다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 유용물질 생산을 위한 '카본 투 X' 기술개발사업으로 수행됐다. 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 'Applied Catalysis B: Environmental' (IF: 16.683, JCR 분야 상위 0.943%) 최신 호에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
