우리는 항상, 언제나 오염물질을 어떻게 처리할까를 생각했지, 그 오염물질을 유용자원으로 전환할 생각까진 하지 않는다. 익히 알고 있는 오염물질로는 이산화탄소나 일산화탄소 등이 있는데, 특히 우리나라는 OECD 국가 중 연간 이산화탄소 배출량이 7위를 기록 할 정도로 지구온난화의 진행에 상당히 큰 힘을 쏟고 있다.
따라서 우리 세대는 안전하고 깨끗한 미래를 후손에게 전달해주기 위해서라도 발전 가능성이 큰 소재를 개발 해야만 한다. 위에서 언급했듯이 유용 자원으로 전환 시킨다는 생각을 우리는 CCU 라고 하는데 이는 carborn capture and utilize의 약자로 과거의 CCS(carborn capture and storage) 방식에서 전환 시키려고 노력을 기울이고 있는 중이다.
최근에는 CCU 방식의 첫걸음으로 이산화탄소를 제거하고 산소와 유기물을 생산하는 광합성을 모방하여 인공적으로 이산화탄소를 고부가 화학 소재로 바꾸려는 연구가 진행되고 있다. 놀랍게도 해당 기술은 개발이 진행되어 2020년 완성을 목표로 두고 있다고 한다.
그렇다면 어떤 기술일까?
이 기술은 세계 최대 화학기업인 BASF을 중심으로 대학과 전력기업 등은 광촉매 과정을 통해 태양에너지로 이산화탄소를 물과 반응시켜 메탄올을 생산하는 'SOLAR2FUEL' 프로젝트에 해당하는 기술이다. 이런 방법을 크게 인공광합성이라고 하는데, 원래 광합성과 비교해보면 반응을 통해 녹말과 산소를 얻는 것과 액체연료인 알코올과 산소를 얻는다는 차이점이 있다.
전환 방법은 이렇다. 인공광합성 기술은 크게 물을 수소 이온과 산소로 분해하는 광 전극부, 수소이온과 이산화탄소로부터 유기물을 생성하는 촉매부로 이루어져 있다. 이때 수소이온은 이온 교환막을 사용하여 광 전극부로부터 촉매부로 이동하는데 물 분해 시 발생하는 전자는 유기물의 생성 반응에 이용되며 촉매부에 흐르도록 되어있다.
일본이 개발한 또 다른 기술로 '파나소닉 인공광합성' 이 있는데. 이 원리를 간단히 얘기하자면 질화물 반도체를 활용해 인공광합성 시스템을 돌려 0.2%의 효율로 이산화탄소에서 포름 산을 추출 할 수 있다. 아직은 전환 효율이 낮지만 개발을 더 진행하여 효율을 높인다면 실생활에서 유용하게 쓰일 전망이다.
지금까지 광합성을 모방한 기술들을 소개해 보았다면 바이오 소재를 경제적으로 생산하기 위해 광합성을 모방하는 것이 아니라, 광합성 과정 자체를 개선하는 연구도 수행 중이라 한다. 대표적인 예시로 남세균이나 자색 세균에 외부 유전자를 도입하여 광합성 시스템을 이용하는 것이 있다.
사진을 보면 굉장히 복잡해 보이지만, 이 기술의 주목표는 루비스코 유전자를 과발현시켜 이산화탄소의 고정효율을 높이는 것이 주목표라고 한다. 이때 루비스코란 고등학교 3학년 이과생이라면 배우는 생명과학2의 광합성 단원에 식물의 암반응(캘빈 회로)에 탄소를 고정시키는 촉매제를 말한다.
이 얘기를 들은 내 친구 중 몇몇은 이 기술을 이용하여 나뭇잎 모양을 띤 인공광합성 기기를 개발하면 떼돈을 벌 것이라고 했다. 하지만 정말 아쉽게도 친구의 아이디어는 이미 어떤 사람이 개발해 놓은 상태이다.
세계 최초 산소를 배출하는 전자회로, 실크 리프이다. 실크 섬유에서 추출한 단백질에 엽록체 미립자를 배치하여 탄생 시켰다고 한다.
이 실크 리프를 이용하여 모델링한 건축물을 보면 표면에 실크 리프의 소재를 이용한 외자재가 부착되어있다. 이는 자체적으로 전력을 생산해 낼 수 있을 뿐만 아니라, 건물 외벽에 설치된 실크 리프가 공기를 정화시켜 주는 역할 또한 해준다.
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