태양빛을 받으면 물과 이산화탄소에서 직접 화학원료를 대량 생산할 수 있는 인공 광합성 시스템 기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST) 청청에너지연구센터 민병권·김홍곤·황윤정 박사팀과 김동환·강윤묵 고려대학교 그린스쿨대학원 태양전지 연구팀은 이 같은 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 태양전지기술과 촉매기술을 융·복합해 태양광 에너지만으로 작동하는 자가구동·일체형 인공광합성 디바이스 기술이다.
연구진은 태양전지-촉매 융·복합 기술을 개발해 태양광 화학원료를 효과적으로 생산할 수 있는 디바이스 구조를 제안했다. 이번 연구로 선행연구 결과를 확장 발전시켜 태양광 화학원료를 대량 생산할 수 있는 시스템을 개발해 인공광합성 기술의 현실화 가능성을 제시했다.
인공광합성 기술이 완성되려면 다양한 요소 기술의 융·복합이 필요하다. 태양광을 흡수해 전자를 생산하는 광전극 기술, 물 분해를 위한 촉매 기술, 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환시키기 위한 촉매 기술은 핵심 요소 기술이다.
지금까지 전 세계적으로 각 개별 요소 단위로 기술 연구가 진행됐다. `KIST-고려대 그린스쿨` 공동 연구팀은 각 요소기술 개발뿐만 아니라 이들 기술을 통합해 실질적으로 태양빛만으로 작동되는 일체형 인공광합성 디바이스 모듈을 제작했다.
실리콘 태양전지 기술을 스테인레스 스틸 기판에 적용해 광전극을 제조했다. 이때 사용된 스테인레스 스틸 기판 반대면에 나노구조화 기술을 도입해 물분해 특성이 획기적으로 증대된 산화전극을 개발했다. 나노 구조화된 은 촉매 전극을 개발해 이산화탄소에서 일산화탄소를 선택적으로 생산할 수 있도록 했다.
이 기술의 장점은 태양빛 외의 추가적 에너지 투입 없이 자가구동하는 시스템이라는 점이다. 태양전지 모듈 같이 패널형으로 만들어 태양빛을 효과적으로 이용할 수 있다. 단일 디바이스 8개를 모듈화해 대량 생산이 가능하다.
민병권 박사는 “인공광합성 시스템을 태양전지와 같은 패널형 구조로 구현해 태양광 화학원료의 대량 생산 가능성을 보여주는 연구결과”라며 “인공광합성 상용화에 한걸음 더 가까워졌다”고 말했다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
