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지구 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 태양을 이용해 무제한으로 에너지를 얻어내는 원천기술이 개발됐다.
박찬범 KAIST 신소재공학과 교수는 자연의 광합성 현상을 모방한 인공광합성 원천기술 개발에 성공한 공로를 인정받아 서울경제신문과 교육과학기술부ㆍ한국연구재단이 공동 주관하는 이달의 과학기술자상 3월 수상자로 29일 선정됐다.
광합성은 식물 등 자연계의 생물체가 태양광을 에너지원으로 물리화학적 반응을 통해 탄수화물과 같은 화학물질을 생산하는 현상을 말한다. 예컨대 식물의 엽록소는 태양광을 받으면 전자를 방출(광반응)하고 이 전자는 주변으로 전달돼 연쇄적 화학반응을 일으키면서 환원에너지를 생산한다. 햇빛이 없는 밤에는 낮에 재생했던 에너지를 이용해 이산화탄소를 탄수화물로 환원(암반응)한다.
식물의 광합성 활동처럼 태양을 이용해 에너지를 얻는 기술 개발은 그동안 높은 잠재성에도 불구하고 진척이 더뎠다. 박 교수팀이 나노 소재 등을 이용해 효율적인 인공광합성 시스템을 개발한 것은 이 분야의 기술 수준을 한 차원 끌어올렸다는 평가를 받고 있다.
우선 박 교수팀은 자연계의 광합성시스템을 모방하기 위해 광반응의 엽록소 대신 나노 크기의 광감응 소재(빛에 반응하는 소재)를 활용했다. 광감응 소재를 이용해 가시광선 영역의 빛 에너지로부터 화학적 환원에너지를 고효율로 재생하고 이를 산화환원 생체촉매에 의한 합성반응에 연결해 최종적으로 메탄올과 같은 화학연료를 생산할 수 있게 됐다. 즉 인공광합성으로 빛 에너지에 있는 화합물을 생체촉매 반응으로 실생활에 쓰일 수 있는 화학연료와 의약품 등 고부가가치 정밀화학물질을 생산할 수 있게 된 것이다. 인류가 직면하고 있는 지구 온난화와 화석연료 고갈 문제를 해소할 수 있는 연구라는 점에서 그 파급효과가 클 것으로 보인다.
박 교수가 개발한 나노 소재 기반 인공광합성기술을 이용하면 무한한 에너지원인 태양광을 사용해 화학연료와 정밀화학제품을 생산할 수 있다. 연구재단은 박 교수 성과와 관련, "화학연료와 고부가가치 화학제품의 생산에 대한 기틀을 제공할 것"이라며 "청정에너지와 녹색화학공정 분야에서 활용될 것으로 판단된다"고 설명했다.
박 교수팀의 연구가 재료공학기술과 생물화학공학기술을 성공적으로 융합ㆍ접목해 수행됐다는 점도 주목할 대목이다. 이번 연구성과는 국내의 연구수준을 향상시켜 앞으로 나노ㆍ바이오 융합 분야에서 국가 과학기술 경쟁력 제고에 기여할 것으로 기대된다. 아울러 국가신성장동력의 하나인 신소재ㆍ나노ㆍ바이오 융합 분야의 미래경쟁력 확보에도 큰 기여를 할 것으로 예상된다.
박 교수는 "인공광합성은 융합연구의 대표적 사례로 재료공학ㆍ화학ㆍ생물학ㆍ화학공학ㆍ기계공학ㆍ광물리학ㆍ에너지공학ㆍ나노과학ㆍ효소공학 등 다양한 학문 분야를 통합ㆍ접목시킨다는 점에서 중요하다"고 말했다.
박 교수는 나노 소재를 이용한 인공광합성 기술개발 외에도 다른 자연계 현상을 모방한 다수의 기능성 나노 소재 개발 연구성과들을 국제저명학술지들에 발표해왔다. 박 교수는 지난 2008년 이후 최근까지 어드밴스드 머티리얼스 등 재료 분야 최고 저널들에 48편의 논문을 발표했다. 또 박 교수팀이 개발한 인공광합성기술은 한국과학기술단체총연합회에서 선정한 2010년 대한민국 10대 과학기술뉴스에 선정되기도 했다.
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