이산화탄소로부터 포름산을 제조하는 3차원 플라스틱 인공나뭇잎 체계도.(사진=한국화학연구원 제공)
한국화학연구원은 백진욱 박사 연구팀이 햇빛만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 생산하는 '3차원(3D) 플라스틱 나뭇잎' 원천기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 포름산은 고무제품 생산, 섬유 염색, 세척제·향료·살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 필요한 중요 화학물질이다.
앞서 연구팀은 나뭇잎이 태양광을 받아 이산화탄소로부터 포도당을 생산하는 것처럼 태양광을 활용해 특정 화학물질을 만들어내는 시스템인 인공광합성을 통해 포름산을 제조하는 기술을 지난 2009년부터 개발해 왔으며, 2012년과 2016년에도 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용한 고효율 포름산 제조에 성공했었다.
이번 후속 연구에서의 최대 성과는 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매 분말을 필름 형태에서 한 발 더 나아가 3차원 구조를 가진 필름형태의 플라스틱으로 만드는 데 성공하면서 실용화를 위한 원천기술을 한 단계 더 확보했다는 것이라는 게 연구팀의 설명이다.
새로 개발한 광촉매는 광흡수 물질을 자체적으로 포함하고 있는 3차원 구조를 가진 플라스틱 형태여서 기존에 개발했던 2차원 필름 형태의 광촉매보다 태양광을 받는 표면적을 더 넓게, 그리고 더 효율적으로 만들 수 있어 태양광 전환 효율도 150% 정도 향상된 것으로 나타났다.
연구팀은 이번 기술이 상용화될 경우 태양광에너지로 포름산 1톤을 생산할 때 이산화탄소를 0.96톤 정도 저감할 수 있어 장기적으로는 화학물질 생산뿐만 아니라, 이산화탄소 감축 관련 미래 신산업 창출에까지 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
화학연 백진욱 박사는 "태양광 인공광합성 시스템은 지구 온난화 및 에너지 자원 고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 원천기술"이라며 "태양광을 이용해 의식주 모두를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 '태양광 공장'(Solar Chemical Factory) 건설을 목표로 연구를 계속하겠다"고 말했다.
이번 연구 성과는 촉매과학 분야 국제 학술지 '켐켓켐'(ChemCatChem) (5월 28일) 전면 표지논문에 실렸다.