韓 연구진, 실제 현실서 작동하는 고효율 인공광합성 첫 성공

KIST 청정에너지연구센터 등 공동연구팀, 고효율 촉매 개발 및 실제 환경에서 구동 성공

[아시아경제 김봉수 기자] 햇빛을 이용해 이산화탄소를 에틸렌, 메탄올 같은 에너지원으로 전환하는 '인공광합성 기술'이 국내 연구진에 의해 현실화되고 있다. 탄소의 순배출량을 ‘0’으로 만드는 '궁극의 무기'로 꼽히는 기술로 실용화까지는 아직 거리가 있지만, 이번 연구 결과로 한 단계 더 전진했다는 평가다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터의 오형석, 이웅희 박사 연구팀이 경희대학교 유재수 교수팀과 함께 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노미터 크기의 가지 모양 텅스텐-은 촉매 전극을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구팀은 또 이 시스템을 상용 실리콘 태양전지와 결합해 실제 태양광에서 구동 가능한 대규모 인공광합성 시스템을 제작하는 데에도 성공했다.

연구팀이 개발한 촉매는 기존 은 촉매에 비해 60% 이상 향상된 일산화탄소 생산 효율을 기록했다. 100시간 동안의 시험에도 안정적이었다. 연구팀은 전자현미경과 실시간 분석법을 통해 촉매의 3차원 구조와 가지 모양의 결정 구조가 높은 효율의 비결임을 확인했다.

연구팀은 더 나아가 이 촉매를 활용한 이산화탄소 전환 시스템을 120㎠크기의 실리콘 태양전지와 결합해 인공광합성 시스템을 개발했다. 즉 상용화된 태양전지에 연결해도 무리 없이 사용 가능하다는 것이다.

이 시스템은 현재까지 개발된 실리콘 태양전지 기반 인공광합성 시스템 중 가장 높은 수준인 12.1%의 높은 태양광-화합물 전환효율을 보였으며, 실험실이 아닌 실제 실외 환경에서 햇빛만으로 이산화탄소를 일산화탄소로 고효율로 전환하는 데 성공했다.

오형석 KIST 박사는 “상용 실리콘 태양전지를 이용하여 실제 환경에서 햇빛으로 직접 구동되는 진정한 의미의 인공광합성 시스템을 구축했다”라며 “본 연구를 바탕으로 고효율 인공광합성 기술이 실용화된다면, 제철소와 석유화학 공장 등에서 발생하는 이산화탄소를 일산화탄소로 전환해 온실가스를 저감할 수 있고 석유화학 공정에서 생산되는 기초 화합물들을 ‘탄소중립’이 실현된 인공광합성 방법을 통해 생산할 수 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신호에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr