▲ 이산화탄소로부터 포름산을 제조하는 3차원 플라스틱 인공나뭇잎 체계도

국내 연구진이 햇빛으로 지구 온난화의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 자원화 해 화학소재로 만드는 핵심기술을 확보했다.

한국화학연구원 백진욱 박사(CO₂에너지연구센터장) 연구팀이 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 생산하는 ‘3차원(3D) 플라스틱 나뭇잎’ 원천기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

포름산(HCOOH)은 고무 제품생산, 섬유 염색, 세척제, 향료, 살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 필요한 중요 화학물질이다. 백진욱 박사 연구팀은 인공광합성을 통한 포름산 제조 기술을 2009년부터 개발해 왔다.

이번 연구는 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매 분말을 필름 형태에서 더 나아가 3차원구조를 가진 필름형태의 플라스틱으로 만드는 데 성공하고 실용화를 위한 원천기술을 한단계 더 확보했다.

새로 개발한 광촉매는 광흡수 물질을 자체적으로 포함하고 있는 3차원 구조를 가진 플라스틱 형태다.

본연구팀이 이전에 개발했던 2차원 필름 형태의 광촉매보다 태양광을 받는 표면적을 더 넓게,더 효율적으로 만들 수 있어 태양광 전환 효율도 150% 가량 증가했다.

또한 향후 포름산 뿐 아니라 태양광에너지를 이용해 의약품 등 고부가 정밀화학제품을 제조할 수 있으며 웨어러블 태양전지소재 등과 같은 다양한 분야에도 응용될 수 있다. 뿐만 아니라 이산화탄소 배출 없이 화학물질 생산이 가능하다.

기존 포름산 생산은 주로 화석연료에서 합성된 메탄올을 원료로 하여 제조돼 공정상 이산화탄소 배출이 불가피했다. 하지만 인공광합성 기술을 활용해 제조하면 이산화탄소가 원료자원이 돼 배출을 피하고 감축까지 할 수 있다.

연구팀은 기술이 상용화 되어 태양광에너지로 포름산 1톤을 생산하면 이산화탄소를 대략 0.96 톤 저감할 수 있을 것으로 예상했다.

백진욱 화학(연) 박사는 “태양광 인공광합성시스템은 지구온난화 및 에너지 자원고갈문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 원천기술로, 향후 태양광을 이용해 의식주 모두를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 태양광 공장을 건설하겠다”고 포부를 밝혔다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부 ‘차세대 탄소자원화 사업’ 지원으로 수행됐으며 이번 기술은 촉매과학분야의 국제 학술지 ChemCatChem 전면 표지논문으로 게재됐다.