(A new "bionic leaf" system uses solar energy to produce liquid fuel.
Credit: Courtesy of Jessica Polka/Silver Lab)
태양에너지를 이용하는 가장 흔한 방법 가운데 하나는 태양 전지나 혹은 태양열을 이용한 태양 발전 및 온수 장치입니다. 이 방식은 현재 널리 사용되고 있기는 하지만, 근본적으로 밤에나 기상이 나쁠 때는 발전이 어렵다는 단점을 가지고 있습니다. 따라서 이를 극복하기 위한 여러 가지 방법이 연구 중인데 그 중 하나가 바로 태양 - 화학 전지입니다. 쉽게 말해 태양에너지를 이용해서 수소나 혹은 다른 에너지 물질을 만드는 것이죠.
앞서 소개드린 인공 잎 (Bionic leaf)이 ( http://blog.naver.com/jjy0501/220268633234 참조) 그 사례 가운데 하나라고 할 수 있습니다. 하버드 대학의 연구팀은 촉매를 이용해서 물을 수소와 산소로 분해한 후 다시 박테리아를 이용해서 탄화 수소 액체 연료 가운데 하나인 아이소프로판올(Isopropanol)을 제조했습니다.
흔히 수소를 미래의 연료 자원 중 하나라고 생각하지만, 수소는 저장과 수송이 대단히 어려운 물체 가운데 하나입니다. 연료 자원으로써 가져야 하는 중요한 특징 가운데 하나는 저장과 수송이 쉬워야 한다는 것입니다. 그래야 매일 공급이 원활하게 유지될 수 있는 것이죠.
당시 이들이 개발한 인공 잎은 획기적이긴 했지만, 전체 태양에너지의 1% 정도를 바이오매스로 전환하는 낮은 효율을 가지고 있었습니다. 하지만 연구를 진행한 끝에 하버드 팀은 효율을 10%로 높이는 데 성공했습니다.
(동영상)
기존의 인공 잎은 니켈 몰리브덴 아연 합금 (nickel-molybdenum-zinc alloy)을 촉매로 사용했는데, 이 촉매에서 나오는 반응성 산소가 박테리아에 매우 해로웠습니다. 연구팀은 새로운 코발트-인 합금 (cobalt-phosphorus alloy) 만들어 이 문제를 극복하고 효율을 크게 끌어올렸습니다. 더 나아가 이제는 아이소부타놀이나 아이소펜타놀(isobutanol and isopentanol) 같은 다른 화학 물질도 같이 합성할 수 있게 되었습니다.
이 물질을 가공해서 가솔린이나 경유같은 연료로 사용할 수도 있지만, 여러 가지 화학 공업의 원료 물질로 이용할 수 있기 때문에 화석 연료를 줄여나가는 시대적 추세에 맞게 활용이 가능합니다. 더 나아가 박테리아는 대기 중 이산화탄소를 원료 물질로 바꾸는 역할을 하기 때문에 온실 가스 감축에도 도움이 될 것입니다.
물론 효율 문제를 어느 정도 극복했다고 해도 비용과 대량 생산이라는 문제는 여전히 남게 됩니다. 이 문제를 극복할 수 있다면 태양 에너지 이용에서 새로운 전기가 마련될 것으로 기대됩니다. 태양 화학 전지는 24시간 전력을 생산하지 못해도 상관이 없기 때문에 더 많은 가능성을 가지고 있기 때문입니다.
참고
Journal Reference:
C. Liu, B. C. Colon, M. Ziesack, P. A. Silver, D. G. Nocera. Water splitting-biosynthetic system with CO2 reduction efficiencies exceeding photosynthesis. Science, 2016; 352 (6290): 1210 DOI: 10.1126/science.aaf5039
댓글
댓글 쓰기