식물은 빛, 이산화탄소, 물을 재료로 광합성 작용을 해서 에너지를 생산한다. 최근 깨끗한 에너지에 대한 기대가 높아지면서 식물의 광합성 작용을 인공적으로 구현하려는 사람들이 늘고 있다. 이른바 인공광합성이다. 하지만 인공광합성 물질은 만들기 어렵고, 비싸 실용화하기에 한계로 여겨졌다.
최근 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진은 "태양광발전에 쓰는 실리콘태양전지를 값싼 촉매제로 둘러 식물의 잎처럼 물을 분해하는 인공 잎을 개발했다"고 밝혔다. 이 물질은 크게 두 가지 작용으로 물에서 수소를 얻는다. 먼저 표면에 닿은 물을 분해해 산소(O₂)를 발생시킨다. 그 다음 산소에게 전자를 빼앗긴 수소이온에 다시 전자를 줘 수소(H₂)를 만드는 식이다.
물론 이 방법은 식물의 광합성과 똑같진 않다. 이산화탄소를 쓰지 않고, 식물이 광합성을 해서 생산한 에너지를 포도당 형태로 저장하는 것과 달리 수소를 얻는 게 목적이다.
대니얼 노세라 MIT 화학과 교수는 "식물이 광합성 할 때 물을 수소와 산소로 분해하는 광분해 과정을 모사했다"며 "이를 이용하면 햇빛과 물에서 값 싸고 깨끗한 수소를 얻을 수 있다"고 말했다. 그렇게 얻은 수소를 자동차나 항공기의 연료로 쓰겠다는 것이다. 수소를 얻을 때 배출되는 것도 산소여서 환경에 해롭지 않다.
가격을 낮춰 실용화를 위한 한 걸음은 뗐다. 그러나 낮은 효율은 여전히 해결해야 할 문제다. 이들이 만든 인공 잎은 수소를 만드는 데 자신이 받은 태양에너지의 2.5~4.5%만을 쓴다. 노세라 교수는 "실리콘태양전지의 효율이 낮아 더 많은 양의 태양에너지를 쓰지 못한다"며 "이 효율을 높이면 더 많은 수소를 생산할 수 있을 것"이라고 했다. 이번 연구결과는 지난달 30일 발행된 과학학술지 <사이언스> 에 소개됐다.
변태섭기자 libertas@hk.co.kr
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