햇빛으로 화학원료 생산 `인공광합성` 개발

KIST, 태양전지·촉매기술 융합
나뭇잎과 마찬가지로 햇빛을 이용해 물과 이산화탄소만 원료로 써서 고부가가치의 화학원료을 생산할 수 있는 인공 광합성 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 청청에너지연구센터 민병권, 황윤정 박사팀은 태양전지와 촉매기술을 융합해 태양광 에너지만으로 작동하는 세계 최고 효율(4.23%)의 일체형 인공광합성 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

인공광합성 기술을 완성하기 위해서는 햇빛을 흡수해 전자를 생산하는 광전극기술, 물 분해를 위한 촉매기술, 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 촉매기술 등이 필요하다. 그런데 지금까지는 세계적으로 각 요소기술에 대한 연구가 주로 이뤄져 왔다.

연구팀은 각 요소기술뿐만 아니라 이들 기술을 통합해 실질적으로 햇빛으로 작동되는 일체형 인공광합성 기기를 만들었다. 저가 박막태양전지 기술을 촉매기술과 융합해 광전극의 안정성을 획기적으로 높이고, 환원전극 촉매 종류를 바꿔 원하는 고부가화합물을 생산할 수 있도록 구현했다. 환원전극을 금이나 은 같은 금속 촉매로 바꾸면 주로 일산화탄소가 만들어진다.

이 장치는 태양전지 모듈과 같이 패널형으로 만들어 효과적으로 햇빛을 이용할 수 있다. 또 이렇게 만든 장치 효율을 향후 10%까지 올릴 경우, 100㎢ 면적에 설치해 하루 6시간씩 가동하면 1년에 약 800만톤의 일산화탄소를 생산할 수 있다. 이는 10조원의 가치에 해당한다.

민병권 박사는 "이 장치는 햇빛만 이용해 원하는 고부가화합물을 대량 생산할 수 있는 미래형 화학원료나 연료생산 시스템으로 발전할 수 있다"고 말했다. 이 연구결과는 '저널 오브 머티리얼스 케미스트리A' 21일자에 게재될 예정이다.

백나영기자 100na@