"진정한 인공광합성 시스템 만들었다"

KIST 오형석 박사팀, 이산화탄소를 일산화탄소로 변환
상용 태양전지와 텅스텐-은 촉매 전극로 인공광합성 실현
넓은 면적의 태양전지와 시스템 결합해 실용화 가능성 보여

KIST 오형석 박사팀이 대면적의 상용 실리콘 태양전지와 가지형 은-촉매 전극의 이산화탄소 전환 시스템을 결합해 인공광합성 장비를 개발했다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 이산화탄소를 고부가가치 화합물 원료인 일산화탄소로 바꾸는 인공광합성 기술을 향상시켰다. 연구진은 고효율 인공광합성 기술로 제철소와 석유화학 공장 등에서 발생하는 이산화탄소를 일산화탄소로 전환해 온실가스를 저감할 수 있다고 설명했다. 또한 석유화학 공정에서 생산되는 기초 화합물들을 '탄소중립'이 실현된 인공광합성 방법을 통해 생산할 수 있을 것이라고 전망했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 오형석 박사팀이 실리콘 태양전지를 결합한 넓은 면적의 인공광합성 시스템을 만들어냈다고 29일 밝혔다. 오형석 박사는 "상용 실리콘 태양전지로 실제 야외 환경에서 햇빛으로 직접 작동하는 진정한 의미의 인공광합성 시스템을 구축했다"고 말했다.

인공광합성 기술은 자연 광합성을 모방해 식물처럼 햇빛을 받아 이산화탄소를 에틸렌, 메탄올, 에탄올 등과 같은 고부가가치 화합물로 전환하는 기술이다.

오형석 박사팀은 경희대 유재수 교수팀과 인공광합성에 사용하는 나노미터 크기의 가지 모양 텅스텐-은 촉매 전극을 개발했다. 이 전극을 120㎠ 넓이의 태양전지에 연결해 실험한 결과, 기존 은 촉매보다 일산화탄소 생산 효율이 60% 이상 향상됐으며, 100시간 이상 안정적으로 작동했다.

KIST 오형석(오른쪽) 박사가 청정에너지연구센터 팀원들과 함께 야외에서 햇빛으로 직접 작동하는 인공광합성 장비의 성능을 시험하고 있다. KIST 제공

연구진은 실험실이 아닌 실제 실외 환경에서 햇빛만으로 이산화탄소를 일산화탄소로 고효율로 전환하는 데 성공했다. 연구진이 개발한 시스템은 지금까지 개발된 실리콘 태양전지 기반의 인공광합성 시스템 중 가장 높은 수준인 12.1%의 전환효율을 보였다.

또한 가지형의 텅스텐-은 촉매를 전자현미경과 실시간 분석법을 통해 살펴봤다. 이 촉매의 성능과 내구성이 개선된 원인은 촉매의 3차원 구조와 가지 모양의 결정구조 덕분에 높은 효율을 보였다.

하지만, 경제성 및 기술적 한계로 인해 실험실 수준의 연구에만 머물러 있었고, 태양전지 연구와 이산화탄소 전환 연구로 분리해 각각 진행돼 왔다. 진정한 의미의 인공광합성을 실현하기 위한 연구는 작은 면적으로 실험실 조건에서만 진행됐을 뿐이었다.

한편, 이번 연구결과는 에너지 환경 분야 국제 저널인 '어플라이드 카탈리시스 비 인바이론먼털(Applied Catalysis B: Environmental)'에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자