태양광으로 이산화탄소서 화학원료 ‘포름산’ 생산

미래창조과학부 산하 한국화학연구원(이하 화학연)의 인공광합성연구그룹 백진욱 박사 연구팀이 태양빛만을 이용해 이산화탄소로부터 포름산을 생산하는 ‘플라스틱 나뭇잎’ 원천기술 개발에 성공했다.

포름산은 고무 제품생산, 섬유 염색, 세척제, 향료, 살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 필요한 중요 화학물질이다.

이번 기술 개발은 그 가치를 인정받아 에너지 재료과학분야의 학술지 ‘Journal of Materials Chemical A’ 6월 28일자 후면 표지논문으로 게재됐다.

본 연구는 전세계적으로 개발초기 단계의 미래원천기술인 ‘인공광합성’을 지속적으로 연구해 기존 연구에서 진일보한 경우다. 인공광합성의 상용화 시기는 대략 2040년 정도로 예측된다.

인공광합성이란 나뭇잎이 태양광을 받아 이산화탄소로부터 포도당을 생산하는 것처럼, 태양광을 활용해 특정 화학물질을 만들어내는 시스템이다.

이번 연구는 인공나뭇잎 광촉매 시스템에 태양광에너지를 더해 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 생산한다.

백진욱 박사 연구팀은 인공광합성을 통한 포름산 제조 기술을 2009년부터 개발해 왔다. 또 2012년에는 태양에너지의 대부분을 차지하는 가시광선을 활용한 고효율의 포름산 제조에 성공했다.

후속인 이번 연구의 최대 성과는 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 물질인 광촉매를 분말 형태에서 필름형태의 플라스틱으로 만드는데 성공, 실용화를 위한 원천기술을 한 단계 더 확보했다는 것이다.

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

또 향후 포름산 뿐 아니라 태양광에너지를 이용해 의약품등 고부가 정밀화학제품을 제조를 위한 기술 개발 및 웨어러블 태양전지소재 등과 같은 다양한 분야의 응용도 가능하다.

이번 기술은 이산화탄소 배출이 없는 화학물질 생산 실용화를 위한 원천기술 확보라는 면에서도 의의가 있다.

포름산은 주로 화석연료에서 합성된 메탄올을 원료로 해 제조되고 있어 제조공정상 이산화탄소 배출이 불가피했다. 하지만 인공광합성 기술을 활용해 제조하면 이산화탄소가 원료자원이 되므로 배출을 피할 뿐 아니라 감축까지 할 수 있다.