식물모방 인공광합성ㆍ태양광나무 만든다

식물모방 인공광합성ㆍ태양광나무 만든다

안경애 기자 naturean@dt.co.kr | 입력: 2010-02-10 21:02 | 수정: 2010-02-11 11:22

■ 바이오&헬스

우리가 살고 있는 지구를 구성하는 생명체의 99% 이상은 바로 식물이다. 식물은 지구의 전체 시스템이 돌아가는 데 필수적인 `힘'인 태양에너지를 지구생태에 꼭 필요한 산소와 녹말로 바꿔주는 광합성 기능을 한다.

인간 입장에서는 거의 무한의 시간 동안 무제한적으로 쏟아지는 태양에너지를 지구에 꼭 필요한 형태로 변환시켜 주는 고마운 존재다. 지구온난화, 에너지 부족 등 지구 전체의 문제를 해결할 수 있는 재생에너지원으로 가장 각광받는 태양에너지를 어떻게 얻어내고 활용할 수 있을지 연구가 계속 되면서 식물의 메커니즘을 뜯어보고 시스템을 모방하는 시도가 다양하게 전개되고 있다. 특히 식물과 유사한 방식으로 태양에너지를 포착하고 합성, 저장하는 연구가 활발하다.


넓은 면적 나뭇잎 착안한 '솔라트리'

◇태양광발전 나무 개발=한국과학기술연구원(원장 한홍택)은 38명의 연구원이 참여하는 팀을 구성해 태양전지와 이차전지, LED 기술을 결합, 햇빛을 통해 전기에너지를 만들어 충전해 쓸 수 있는 태양광나무, 일명 `솔라트리(Solar Tree)'를 개발하고 있다. 나뭇잎 같이 얇고 유연한 플렉서블 태양전지를 통해 태양에너지를 전기에너지로 변환하고 얻어낸 에너지를 저장해두고 쓸 수 있는 이차전지, 전기를 통해 빛을 밝히는 LED 등을 결합한 나무 모양의 태양광 발전시스템을 만드는 게 연구진의 목표다.

현재 구축돼 있는 태양광 발전시스템과 원리는 거의 같지만 나뭇잎이 3차원 공간에서 햇빛을 받아들이기에 가장 효율적으로 배열돼 있는 나무 모양을 모방, 발전효능을 높이자는 아이디어를 접목했다. 나무 모양 시스템을 통해 독립적으로 전원을 공급할 수 있어 전기가 잘 공급되지 않는 지역에 친환경 에너지원으로 활용할 수 있고 가로등, CCTV, 통신 중계기 등의 설비와 결합돼 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구책임자인 김경곤 박사는 "나무는 차지하는 공간이 작은 반면 수많은 나뭇잎이 달려 있어 입체적으로는 아주 큰 면적을 차지해 이러한 모양을 채택하면 발전량이 훨씬 커진다"며 "우리나라와 같이 좁은 국토에서 좋은 발전시스템이 될 것이라는 생각에서 연구를 시작했다"고 말한다.

◇태양전지ㆍ이차전지 기술 동반 향상 필요=연구의 관건은 가볍고 내구성이 좋으면서도 발전효율이 높은 플렉서블 태양전지를 개발하고 오랜 기간 충전과 방전을 계속하면서 쓸 수 있는 이차전지 기술을 확보하는 것이다.

김경곤 박사는 "다결정 실리콘, 염료감응형, 구리ㆍ인듐ㆍ갈륨ㆍ셀레늄(CIGS) 등 태양전지의 방식에 따라 장단점이 있다"면서 "실리콘 태양전지는 주로 햇빛을 많이 받는 위치에, 나머지 두 가지는 햇빛을 잘 못 받는 곳에 설치하는 방식을 검토하고 있다"고 밝혔다. 햇빛의 강도에 따라 에너지를 생산하는 효율이 기술별로 다르기 때문이다.

이차전지도 KIST 자체적으로 개발하고 있다. 태양전지 나뭇잎에서 생산되는 전류전압 특성에 맞는 전지가 개발돼야 한다. 현재 땅에 묻는 방식에 무게를 두고 있다. 충전과 방전을 여러 번 해도 성능이 떨어지지 않는 기술 개발도 필수적이다.

나무는 LED 가로등 형태, 나무 모양, 전봇대 형태 등 3가지로 개발이 진행되고 있다. 모두 4월까지는 데모시스템을 개발, 전기생산 효율 등을 실험하고 성능을 높이는 작업을 시작할 예정이다. 3년 후에는 기술을 완성시켜 내부 기술지주회사를 통한 사업화에 나설 계획이다. 특히 나무 모양 시스템은 외부 전문 디자이너를 대상으로 공모를 실시해 기능과 미적인 조화를 이뤄낸다는 구상이다.

 

태양통해 메탄올 생산…7년내 상용화

◇햇빛ㆍ이산화탄소ㆍ물에서 메탄올 생산=서강대 화학과 윤경병 교수와 한양대 강용수 교수, 포스텍 이재성 교수 등 15명의 교수와 100명에 이르는 연구원들로 구성된 한국인공광합성연구센터(센터장 윤경병 교수)는 식물의 광합성을 흉내낸 인공광합성 기술을 7년 내에 상업화하는 연구를 진행하고 있다.

10년간 500억원이 투입되는 이 연구를 통해 연구진은 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)와 공동으로 식물의 고유 기능인 광합성을 인공적으로 구현, 이산화탄소와 물, 햇빛을 통해 녹말과 산소가 아니라 메탄올과 산소를 생산하는 연구를 진행한다.

이 기술이 개발되면 이산화탄소가 갖고 오는 지구온난화 문제와 에너지 부족 문제를 동시에 해결할 수 있다. 물분자를 분해시켜 수소 양성자와 전자를 얻어낸 후 이산화탄소와 반응시켜 메탄올을 얻는 화학공정이 핵심이다.

윤경병 교수는 "나노 및 마이크로입자를 3차원 어셈블리해 수소 양성자와 전자를 수송하는 수송체계 기술을 완성하는 게 관건"이라며 "태양에너지 100을 통해 메탄올 에너지 3을 얻는 3%의 효율만 달성하면 충분히 경제성이 있다"고 말했다.

안경애기자 naturean@