▲ l플라스틱 나뭇잎 개념도

한국화학연구원 인공광합성연구그룹 백진욱 박사 연구팀이 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산(고무 제품생산, 섬유 염색, 세척제, 향료, 살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 필요한 중요 화학물질)을 생산하는 ‘플라스틱 나뭇잎’ 원천기술 개발에 성공했다.

이번 기술 개발은 그 가치를 인정받아 에너지 재료과학분야의 학술지 Journal of Materials Chemical A에 6월 28일자 후면 표지논문으로 게재되었다.

이 연구는 전세계적으로 개발초기 단계의 미래원천기술인 인공광합성을 지속적으로 연구하여 기존 연구에서 진일보한 경우다.

백진욱 박사 연구팀은 인공광합성을 통한 포름산 제조 기술을 2009년부터 개발해 왔으며, 2012년에도 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용한 고효율의 포름산 제조에 성공해 주목을 받았다.

이번 연구의 최대 성과는 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매를 분말 형태에서 필름형태의 플라스틱으로 만드는데 성공하여 실용화를 위한 원천기술을 한단계 더 확보했다는 것이다.

이번에 새로 개발한 플라스틱 COF(covalent organic framework) 광촉매는 광흡수 물질을 자체적으로 포함하고 있는 필름 형태로, 다른 표면에 코팅을 통해 필름형태를 만들어야 했던 기존 분말형태의 광촉매보다 대량 생산에 유리하며 태양광을 받는 표면적을 넓게 만들 수 있어 광전환 효율도 높다.

또한 향후 포름산 뿐 아니라 태양광에너지를 이용하여 의약품등 고부가 정밀화학제품을 제조를 위한 기술 개발 및 웨어러블 태양전지소재 등과 같은 다양한 분야의 응용도 가능하다는 점이 장점이다.

이번 기술은 이산화탄소 배출이 없는 (Zero Emission) 화학물질 생산 실용화를 위한 원천기술 확보라는 면에서도 의의가 있다.

포름산은 주로 화석연료에서 합성된 메탄올을 원료로 하여 제조되고 있어 제조공정상 이산화탄소 배출이 불가피했으나, 인공광합성 기술을 활용하여 제조하면 이산화탄소가 원료자원이 되므로 배출을 피할 뿐 아니라 감축까지 할 수 있기 때문이다.

상용화되면 태양광에너지로 포름산 1톤 생산 시 이산화탄소를 대략 0.96 톤 줄일 것으로 예상된다.

장기적으로는 화학물질 생산 뿐 아니라 이산화탄소 감축 관련 미래 신산업 창출에까지 기여할 수 있는 원천기술이 될 것으로 기대된다.

미래부는 앞으로도 출연(연)을 원천기술의 메카로 거듭나게 하기 위해 핵심 원천기술에 대한 투자를 지속적으로 추진할 예정이다.

화학연은 태양광 화학공장 인공광합성의 실용화를 위한 후속 연구에 박차를 가하고 있다.

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