▲ 포피린 염료가 화학적으로 담지화된 삼성분계 (포피린-이산화티탄-Re촉매) 하이브리드 촉매를 통한 고효율 장수명 이산화탄소 환원.

국내연구진이 식물의 엽록소에서 발견한 화합물로 태양광 적색빛 흡수 효율을 높여 이산화탄소를 분해해 합성연료로 전환시키는 기술을 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 손호진 고려대학교 교수 연구팀이 태양광 에너지 중에서 적색 빛을 이용해 이산화탄소를 합성연료로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다고 지난 15일 밝혔다.

이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 가장 큰 원인이다. 구조적으로 매우 안정하기 때문에 다른물질로 쉽게 변환이 되지 않기 때문이다.

현재 이산화탄소를 전환해 환경문제를 극복하려는 연구가 대두되고 있지만 지금의 기술은 고가의 전기·열에너지를 투입해 이산화탄소를 분해하는 수준이며 인공광합성을 통한 이산화탄소 전환 연구에서도 촉매효율이 낮고 전환반응이 안정적이지 못한 한계가 있다.

이에 연구팀은 고효율 태양광 포집기술을 적용해 이산화탄소 전환용 광촉매를 개발했다. 이를 통해 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 전환돼 사용가능한 합성연료가 생성된다.

연구팀은 식물이 광합성 할 때 빛을 포집하는 클로로필과 유사한 포피린 염료를 활용했다. 포피린은 식물의 엽록소에서 발견되는 화합물로, 태양전지 등 다양한 분야에 활용된다.

태양광에 장시간 노출되면 쉽게 분해되는 포피린에 연구진은 산화물반도체를 결합해 광안정성을 획기적으로 개선했다.

이에 포피린만으로 구성된 광촉매보다 전환효율이 10~20배 향상되고, 촉매효율은 100시간 이상 지속됐다.

특히 포피린은 가시광선 중에서도 파장이 길고 에너지가 낮은 적색 빛도 잘 흡수할 수 있다. 태양광 발전에서 사용되지 않고 버려지던 적색 빛으로 광에너지를 포집함으로서 안정적으로 이산화탄소 환원 반응을 유도할 수 있다.

손호진 교수는 “향후 개발된 광촉매는 대용량 이산화탄소 전환에 적용이 가능하여 기후변화대응 환경산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구 성과는 교육부·한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 이공학 개인기초연구지원사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 화학 분야 국제학술지 에이시에스 카탈리시스(ACS Catalysis) 1월 9일에 게재됐다.