화학(연), 태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 고부가 화합물을 제조할 수 있는 획기적인 인공광합성 원천기술 개발
- Journal of the American Chemical Society誌 발표, 태양광을 이용하여 연료 및 화학물질을 선택적으로 제조하는 새로운 방법 제시 -
□ 한국화학연구원(원장 김재현) 백진욱박사 연구팀은 태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산(formic acid, HCOOH)을 선택적으로 제조하는 획기적인 인공광합성 원천 기술을 개발하여 화학분야의 세계최고 권위의 학술지 Journal of the American Chemical Society 온라인판(2012년 7월 6일)에 게재되었다고 밝혔다.
○ 2008년 백진욱박사 연구팀은 신개념 화합물 제조용 인공광합성 원천기술인「광-바이오(Photo-bio) 인공광합성 시스템」을 최초로 개발하였으며, 태양광 에너지를 이용하여 화합물, 즉 α-케토글루타르산에서 아미노산의 일종인 L-글루타민을 제조할 수 있음을 입증하였으며, 본 결과는 원천특허 등록 및 Chemical Communication誌에 게재되었다.
○ 광-바이오 인공광합성시스템은 태양광을 이용하여 시스템 내에 원료 물질과 그에 합당한 효소만 넣어주면 화석연료 등 추가 에너지 투입없이 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 생산할 수 있는 개념이다. 원료 물질과 효소를 교체하면 원하는 물질을 선택적으로 얻을 수 있다.
○ 이 시스템은 크게 광촉매를 활용해 태양광에너지를 전환시켜주는 '광에너지 전환부(I)'와 전자전달시스템(II), 그리고 산화 환원 효소의 도움을 받아 정밀화학제품을 생성하는 '바이오촉매 반응부(III)'가 일체형으로 구성돼 있다.
※ 참고자료 1 : 태양광 이용 화합물 제조용 광-바이오 공장 개념도
□ 2008년 이후 지금까지의 광-바이오 인공광합성시스템에 대한 연구는 다양한 광촉매가 본 시스템에 작동하는지 테스트하는 기초적인 개념정립에 불과했다. 즉 태양광을 이용하여 L-글루타민을 생성하는데 국한됐다고 볼 수 있다.
○ 특히 이번 연구 성과는 새로운 그래핀계 광촉매를 개발하여 태양광 에너지로부터 이산화탄소를 직접적으로 전환하여 고부가 화합물을 제조할 수 있는 획기적 인공광합성의 새로운 길을 제시하였다는데 큰 의미가 있다.
※ 참고자료 2 : 태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 제조
하는 광-바이오 인공광합성 시스템 개념도 및 인적사항
□ 화학(연) 백진욱박사는 “광-바이오 인공광합성시스템은 지구온난화 및 자원 고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 녹색 원천 기술로, 향후 입고 먹고 자는 문제를 모두 해결할 수 있는 태양광 공장 시스템을 만드는 것이 궁극적인 목표다.
○ 본 시스템을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산이나 메탄올 뿐만 아니라, 의약품 등 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 제조할 수 있는 방법도 이미 개발하여 원천특허도 출원했다.
○ 이른 바 무한청정한 태양광 에너지를 이용하여 고부가가치 정밀화학제품을 마음대로 주문 생산할 수 있는 길을 제시함으로써, 완전 새로운 개념의 상용화 태양광 공장을 건설하겠다“고 포부를 밝혔다.
□ 이번 연구성과는 화학(연)이 글로벌 경쟁력을 갖춘 독보적인 미래 기반 기술을 확보하고자 추진하고 있는 KRICT 2020 Project의 일환으로 추진되었다.