햇빛으로 지구온난화가스를 자원화하는 3차원 플라스틱 인공나뭇잎 핵심 원천 기술 확보

[인더스트리뉴스 박관희 기자] 한국화학연구원(이하 화학연) 백진욱 박사(CO2에너지연구센터장) 연구팀이 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 생산하는 ‘3차원(3D) 플라스틱 나뭇잎’ 원천기술을 세계최초로 개발했다.

이번 기술은 그 가치를 인정받아 촉매과학분야의 국제 학술지 ChemCatChem 전면 표지논문으로 게재되었다. 연구성과는 전세계적으로 개발초기 단계에 있는 미래원천기술인 ‘인공광합성’을 지속적으로 연구해, 기존 연구에서 진일보한 결과다.

백진욱 박사 연구팀은 인공광합성을 통한 포름산 제조 기술을 2009년부터 개발해 왔다. 2012년과 2016에도 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용한 고효율 포름산 제조에 성공해 주목을 받은 바 있다.

후속인 이번 연구의 최대 성과는 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매 분말을 필름 형태에서 더 나아가 3차원구조를 가진 필름형태의 플라스틱으로 만드는 데 성공한 동시에 실용화를 위한 원천기술을 한단계 더 확보했다는 것이다.

이번에 새로 개발한 광촉매는 광흡수 물질을 자체적으로 포함하고 있는 3차원 구조를 가진 플라스틱 형태다. 따라서 연구팀이 이전에 개발했던 2차원 필름 형태의 광촉매보다 태양광을 받는 표면적을 더 넓게 그리고 더 효율적으로 만들 수 있어 태양광 전환 효율도 150% 가량 증가했다.

또한 향후 포름산 뿐 아니라 태양광에너지를 이용하여 의약품 등 고부가 정밀화학제품을 제조할 수 있으며 웨어러블 태양전지소재 등과 같은 다양한 분야에도 응용될 수 있다. 이번 기술은 이산화탄소 배출 없이(Zero Emission) 화학물질을 생산할 수 있는 원천기술이다.

포름산은 주로 화석연료에서 합성된 메탄올을 원료로 하여 제조되고 있어 제조 공정상 이산화탄소 배출이 불가피했으나, 인공광합성 기술을 활용하여 제조하면 이산화탄소가 원료자원이 되므로 배출을 피할 뿐 아니라 감축까지 할 수 있기 때문이다.

따라서 장기적으로는 화학물질 생산뿐만 아니라 이산화탄소 감축 관련 미래 신산업 창출에까지 기여할 수 있는 원천기술이 될 것으로 기대된다.

화학연 백진욱 박사는 “태양광 인공광합성시스템은 지구온난화 및 에너지 자원고갈문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 원천기술이다. 향후 태양광을 이용해 의식주 모두를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 태양광 공장(Solar Chemical Factory)을 건설하겠다”라고 포부를 밝혔다.

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