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무한청정한 태양광 에너지를 이용하여 고부가가치 정밀화학제품을 마음대로 주문 생산할 수 있다면?

태양광 이용 화합물 제조용 광-바이오 공장 개념도

광-바이오 인공광합성시스템은 태양광을 이용하여 시스템 내에 원료 물질과 그에 합당한 효소만 넣어주면 화석연료 등 추가 에너지 투입없이 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 생산할 수 있는 개념입니다.

즉 원료 물질과 효소를 교체하면 원하는 물질을 선택적으로 얻을 수 있습니다.

이 시스템은 크게 광촉매를 활용해 태양광에너지를 전환시켜주는 '광에너지 전환부(I)'와 전자전달시스템(II), 그리고 산화 환원 효소의 도움을 받아 정밀화학제품을 생성하는 '바이오촉매 반응부(III)'가 일체형으로 구성됩니다.

2008년 이후 지금까지의 광-바이오 인공광합성시스템에 대한 연구는 다양한 광촉매가 본 시스템에 작동하는지 테스트하는 기초적인 개념정립에 불과했습니다.

즉 태양광을 이용하여 L-글루타민을 생성하는데 국한됐다고 볼 수 있습니다.

한국화학연구원 백진욱 박사팀이 태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산(HCOOH)을 선택적으로 제조하는 인공광합성 원천 기술을 개발했습니다.

백진욱 박사팀은 2008년에도 신개념 화합물 제조용 인공광합성 원천기술인 '광-바이오(Photo-bio) 인공광합성 시스템'을 최초로 개발한 바 있습니다.

이는 에너지를 이용하여 화합물, 즉 α-케토글루타르산에서 아미노산의 일종인 L-글루타민을 제조할 수 있음을 입증한 것으로, 연구결과는 원천특허 등록과 함께 Chemical Communication 誌에 게재되기도 했습니다.

광-바이오 인공광합성시스템은 지구온난화 및 자원 고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 녹색 원천 기술로, 향후 입고 먹고 자는 문제를 모두 해결할 수 있는 태양광 공장 시스템을 만드는 데 이용됩니다.

특히 이번 연구 성과는 새로운 그래핀계 광촉매를 개발하여 태양광 에너지로부터 이산화탄소를 직접적으로 전환하여 고부가 화합물을 제조할 수 있는 획기적 인공광합성의 새로운 길을 제시한 것으로 평가받고 있습니다.

태양광을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산을 선택적으로 제조

이 시스템을 이용하여 이산화탄소로부터 포름산이나 메탄올 뿐만 아니라 의약품 등 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 제조할 수 있는 방법도 이미 개발하여 원천특허가 출원된 상태입니다.

이번 연구결과는 화학분야 세계최고 권위의 학술지 Journal of the American Chemical Society 온라인판(7월 6일)에 게재되었습니다.
(논문명 : A Photocatalyst-Enzyme Coupled Artificial Photosynthesis System for Solar Energy in Production of Formic Acid from CO2)

광-바이오 인공광합성 시스템 미래 목표 개념도

 

<자연광합성원리를 이용한 광-바이오 인공광합성시스템>

인공광합성(Artificial Photosynthesis)이란 자연의 광합성과 비슷하게 햇빛을 이용해 물, 이산화탄소로부터 유기화합물을 만드는 과정이다.

광-바이오(Photo-bio) 인공광합성시스템은 식물이 에너지를 얻는 자연의 광합성 작용에 착안한 것으로, 둘의 가장 큰 차이점은 식물은 포도당을 만드는 반면, 인공광합성 시스템은 무한 청정한 태양광 에너지를 이용하여, 다양한 고부가가치의 화합물을 선택적으로 생산할 수 있다.

시스템은 크게 광촉매를 활용해 태양광에너지를 전환시켜주는 '광에너지 전환부(I)'와 전자전달시스템(II), 그리고 산화 환원 효소의 도움을 받아 정밀화학제품을 생성하는 '바이오촉매(효소) 반응부(III)'가 일체형으로 구성돼 있음. 따라서 "시스템 내에 원료물질과 그에 합당한 효소만 넣어주면 태양광 이외의 아무런 추가에너지 투입 없이 고부가 정밀화학제품을 선택적으로 생산할 수 있으며, 원료물질과 효소를 교체하면 촉매반응을 거쳐 다른 물질도 선택적으로 얻을 수 있다.

 

<백진욱 박사>
 
 
○ 학 력

  1983 - 1987 경북대학교 공업화학과 학사    
  1989 - 1995 University of Ottawa (Canada)
                  무기화학 박사    
  1995 - 1997 Harvard University,
                  화학과 박사후 연구원 (PostDoc)      
 ○ 경력사항
  1997-2006    한국화학연구원 선임연구원
  2006-현재    한국화학연구원 책임연구원

 ○ 전문 분야 정보
  인공광합성 기술 개발, 광촉매를 이용한 태양광 수소제조기술 개발

posted by 글쓴이 과학이야기

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