▲ 태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 제조하는 탄소 나노 입자 광촉매(Carbon Nanodot Photocatalyst) 인공광합성 시스템 개념도.

국내 연구진이 추가적인 에너지 투입 없이 태양빛만을 이용해 지구 온난화의 주범인 이산화탄소에서 유용한 화합물을 선택적으로 제조할 수 있는 기술을 개발했다.

한국화학연구원(원장 이규호)은 백진욱 인공광합성연구그룹 박사팀이 태양광을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 제조하는 탄소나노입자 광촉매를 이용한 ‘태양광 화학공장 인공 광합성 원천기술’을 개발했다고 20일 밝혔다.

태양광 공장 인공광합성시스템은 무한 청정한 태양 에너지를 전환하는 가시광 광촉매와 원료물질 그리고 그에 합당한 효소만 넣어주면 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 생산할 수 있는 획기적인 개념이다.

이미 백진욱 박사 연구팀은 2012년 그래핀 광촉매를 최초로 개발하고 이를 태양광 공장 인공광합성시스템을 활용하해 이산화탄소로부터 화학원료로 사용되는 포름산 제조에 이어 2014년엔 메탄올을 선택적으로 제조할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발한적 있다.

금번에는 기존의 그래핀 광촉매보다 가시광선 영역을 잘 흡수하고 동시에 월등히 저렴하고 간편하게 만들 수 있는 새로운 탄소 나노입자 광촉매를 개발했다.

백진욱 박사팀은 구연산과 요소 수용액을 마이크로파에 9분 반응시켜 탄소나노입자를 만든 후, 이 탄소나노입자와 실리콘을 결합해 새로운 실리콘-탄소 나노 입자 광촉매를 만들었다.

이번에 개발한 촉매는 안정적이며 아주 손쉽게 제조가 가능한 경제적인 새로운 형태의 고효율 실리콘-탄소 나노 입자 광촉매이다.

태양광에너지 만을 이용해 이산화탄소를 직접적으로 전환하고 불순물 없는 포름산만을 100% 선택적으로 제조할 수 있는 획기적 인공광합성의 길을 제시하였다는 데 큰 의미가 있다.

백진욱 화학(연) 박사는 “태양광 인공광합성시스템은 지구온난화 및 에너지 자원고갈문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 원천기술”이라며 “향후 태양광을 이용해 의식주 모두를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 태양광 공장(Solar Chemical Factory)을 건설하겠다”고 포부를 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 촉매과학분야의 학술지 켐켓켐(ChemCatChem)에 온라인판 8월 23일 표지논문으로 게재됐다.