인공 광합성 기술 메커니즘의 개념도

도시바 코퍼레이션(Toshiba Corporation)(도쿄증권거래소: 6502)은 태양 에너지를 사용해 이산화탄소와 물로 탄소 화합물을 생성하고 산업용으로 실용화될 가능성을 가진 화학원료나 연료를 제공하는 신기술을 개발했다고 오늘 발표했다. 

도시바는 지난 11월 26일 일본 아와지 유메부타이 국제 컨퍼런스 센터(Awaji Yumebutai International Conference Center)에서 열린 ‘2014 국제 인공 광합성 컨퍼런스(International Conference on Artificial Photosynthesis, 이하 ICARP2014)를 통해 이 기술을 소개했다. 

지구 온난화의 주된 원인으로 널리 알려진 대기 중 이산화탄소 농도는 계속 증가하는 추세다. 또 화석 연료 고갈에 대한 우려는 재생가능 에너지원 도입에 대한 관심을 높이고 있다. 태양 에너지를 사용해 이산화탄소와 물로 탄소 복합물을 생성하는 인공 광합성 기술은 이러한 문제를 두루 해결할 수 있는 유망한 방안으로 여겨진다. 

도시바는 이산화탄소에서 현재까지 공식 집계된 최고 수준인 1.5%의 효율로 에너지를 탄소 화합물로 전환하는 인공 광합성 기술을 개발해 왔다. 태양광은 이산화탄소와 물을 메탄올 생산원인 일산화탄소로 전환한다. 일산화탄소는 휘발유의 대체물로 이용될 수 있으며 접착제, 의약품, PET병 등 다양한 제품 생산 원료로 활용될 수 있다. 

다른 인공 광합성 기술은 태양광으로부터 UV광을 흡수하는 재료를 사용해 이산화탄소를 연료로 전환하는 데 필요한 고반응 에너지에 도달한다. 하지만 이는 광 사용 효율이 저조하면 에너지 전환 효율 또한 낮아지게 된다. 실용화를 위해서는 효율을 높여야 한다. 

도시바 기술은 다중접합 반도체에 적용되는 나노스케일 구조 제어 기술을 통한 금 나노촉매를 사용해 광 사용 효율이 높은 가시 범위에서 빛을 흡수한다. 도시바의 연구는 나노미터 배열의 금 나노촉매에 대한 생산 조건을 탐구하는 데 집중됐다. 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 활성 부위 수를 늘리고 효율적인 전해질을 개발하기 위해서였다. 

이 연구의 장기 목표는 화력 발전소나 공장과 같은 시설에 구축돼 이산화탄소로 저장과 수송이 가능한 에너지를 제공하는 이산화탄소 포집 시스템과 호환되는 기술을 개발하는 것이다. 이를 위해 도시바는 2020년 실용 구축을 목표로 촉매 활동을 증가시킴으로써 전환 효율을 한층 높일 계획이다.