태양광 에너지 중에서 적색 빛을 이용하여 이산화탄소를 합성연료로 전환시킬 수 있는 기술이 손호진 교수(고려대학교) 연구팀에 의해 개발됐다.
이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 가장 큰 원인으로 지목된다. 구조적으로 매우 안정하기 때문에 다른 물질로 쉽게 전환되지 않는다. 이산화탄소로 인한 환경문제를 극복하기 위하여 이를 전환시키려는 기술개발 연구가 대두되고 있다.
그러나 현재 기술은 고가의 전기, 열에너지를 투입하여 이산화탄소를 분해하는 수준으로, 광범위하게 활용되기 어렵다. 인공광합성을 통한 이산화탄소 전환 연구에서도 촉매효율이 낮고 전환반응이 안정적이지 못한 한계가 있다.
연구팀은 고효율 태양광 포집기술을 적용하여 이산화탄소 전환용 광촉매를 개발했다. 이를 통해 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 전환됨으로서 사용가능한 합성연료가 생성된다.
연구팀은 식물이 광합성 할 때 빛을 포집하는 클로로필과 유사한 포피린 염료를 활용했다. 포피린은 태양광에 장시간 노출되면 쉽게 분해되지만, 여기에 산화물반도체를 결합시겨서 광안정성을 획기적으로 개선시켰다. 포피린만으로 구성된 광촉매보다 전환효율이 10~20배 향상되고, 4일 이상 장기 연속 공정에서도 촉매반응이 지속되었다. 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.
▲ 포피린 염료가 화학적으로 담지화된 삼성분계 (포피린-이산화티탄-Re촉매) 하이브리드 촉매를 통한 고효율 장수명 이산화탄소 환원
기존 균일계 포피린 기반 광촉매의 전반적으로 낮은 광안정성으로 인하여 촉매효율이 초기에 저하되는 문제를 가지고 있었지만 이러한 문제점을 화학적 담지화 및 낮은 에너지의 빛을 사용하는 것을 통하여 포피린 염료가 광촉매 시스템에서 안정적으로 구동되도록 하였음. 그 내구성을 100시간 이상으로 유지시켰으며 광촉매 효율의 경우 최대 1000이상의 TON값을 보여줌.
서울경제 파퓰러사이언스 편집부 / 장순관 기자 bob0724@hmgp.co.kr
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