광합성 한계 극복한 인공광합성 광촉매 소재 개발
광합성 한계 극복한 인공광합성 광촉매 소재 개발
  • 함예솔
  • 승인 2019.09.19 20:35
  • 조회수 3250
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인공광합성 연구는 식물이나 조류의 광합성처럼 햇빛을 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 변환시키는 분야입니다. 자연 친화적이고 탄소 중립적인 특성으로 인해 미래 에너지 기술로 주목받고 있는데요. 국가 간 기술 경쟁이 매우 치열한 분야 중 하나입니다. 

식물은 광합성을 이산화탄소를 흡수해 당으로 만든다. 출처: fotolia
식물은 햇빛을 이용해 이산화탄소를 탄소화합물로 변환시킨다. 출처: fotolia

그런데 국내 연구진이 광합성의 한계를 뛰어넘는 인공광합성 광촉매 소재를 개발했습니다. 경북대학교 에너지공학부 박현웅 교수와 강운석 박사후연구원이 이끄는 연구팀이 이산화탄소를 다중탄소 지방족산(aliphatic acid)으로 전환시킬 수 있는 고효율의 인공광합성 광촉매 원천 소재를 개발한 건데요. 이 연구결과는 에너지 분야 저명 국제학술지인 <미국화학회 에너지레터(ACS Energy Letters)>에 게재됐습니다. 

'미국화학회 에너지레터(ACS Energy Letters)' 9월 13일자 표지논문으로 발표. 출처: ACS Energy Letters
'미국화학회 에너지레터(ACS Energy Letters)' 9월 13일자 표지논문으로 발표. 출처: ACS Energy Letters

연구팀은 전기증착법을 이용해 구리-철 산화물 광촉매 소재를 제작했습니다. 개발한 광촉매 소재는 전기 에너지를 사용하지 않고 햇빛과 물, 이산화탄소로를 이용해 탄소 6개로 구성된 탄소화합물을 생산할 수 있습니다. 참고로 기존의 대부분의 인공광합성 기술은 전기 에너지를 보조 에너지로 사용합니다. 전기 촉매 반응은 탄소 2개로 구성된 아세트산, 에틸렌, 에테인까지만 생산할 수 있습니다. 또한 대부분 자연광합성과 인공광합성은 1% 효율로 진행되는데요. 연구팀이 개발한 광촉매 소재는 10%까지의 효율을 4개월 간 지속적으로 유지하면서 탄소 1개로 구성된 지방족산(포름산)부터 6개의 탄소로 구성된 지방족산(구연산)까지 생산할 수 있었습니다. 높은 효율과 안정성으로 상업화에 유리할 것으로 보입니다. 

박현웅 교수. 출처: 경북대학교
박현웅 교수. 출처: 경북대학교

 

 

 

"현재 고가의 다중탄소화합물을 대용량으로 합성할 수 있는 광촉매 시스템 연구가 진행 중입니다. 향후 5년 안에 이산화탄소 자원화 공정 개발을 위한 핵심 소재 기술과 대량화 기술 전략을 확보할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 현재 개발된 광촉매 개질을 통해 최근 일본 수출규제 물질인 감광액 제조에 필요한 폴리케톤, 방향족 화합물 등을 오로지 이산화탄소와 물로부터 제조할 수 있을것으로 기대하고 있습니다"

-박현웅 교수-

 

 

 

 


##참고자료##

 

Kang, Unseock, et al. "Synthesis of Aliphatic Acids from CO2 and Water at Efficiencies Close to the Photosynthesis Limit Using Mixed Copper and Iron Oxide Films." ACS Energy Letters 4 (2019): 2075-2080.



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