광합성은 생물체가 태양광을 에너지원으로 사용, 일련의 물리화학적 반응들을 통해 탄수화물과 같은 화학물질을 생산하는 자연현상입니다.
인류는 지금 지구온난화와 화석연료 고갈이라는 문제점을 안고 있습니다.
이를 해결하기 위해 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 무제한으로 존재하는 태양 에너지를 이용하려는 노력이 계속되고 있습니다.
KAIST 신소재공학과 박찬범 교수와 류정기 박사팀이 태양전지 기술을 이용해 자연계의 광합성을 모방한 인공광합성 시스템 개발에 성공했습니다.
박찬범 교수 류정기 박사
이 기술은 정밀화학 물질들을 태양에너지를 이용해 생산해 내는 '친환경 녹색생물공정' 개발의 중요한 전기가 될 전망입니다.
박 교수팀은 자연광합성 현상을 모방해 빛에너지로부터 천연, 비천연 아미노산, 신약 원료물질(precursor) 등과 같은 고부가가치 정밀화학 물질 생산이 가능한 신개념 '생체촉매기반 인공광합성 기술'을 개발했습니다.
이번 연구에서 연구팀은 자연현상 모방을 통해 개발된 염료감응 태양전지의 전극구조를 이용해 다시 자연광합성 기술을 모방해 발전시킬 수 있다는 것을 증명했습니다.
이번 연구 결과는 광합성효율을 획기적으로 향상시킴으로써 인공광합성 기술의 산업화에 한 걸음 더 다가선 것으로 평가받고 있습니다.
이번 연구는 독일에서 발간되는 재료분야 국제저명학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 2011년 4월 26일자에 게재됐고 특허출원도 완료됐습니다.
자연광합성에서 가시광선에 의해 엽록소 분자상에 생성된 여기전자는 바닥상태로 돌아가기 전에 재빨리 주변의 반응 장소로 전달돼 산화환원반응을 일으키게 되는데(그림 1a), 이러한 반응기작을 모방해 개발한 것이 차세대 태양전지의 하나로 각광받는 염료감응 태양전지다(그림 1b).
자연광합성과 염료감응 태양전지 기술에 착안한 박 교수팀은 염료감응 태양전지의 광전극을 이용해 보조인자를 광전기화학적으로 재생하고, 이를 산화환원용 효소반응과 연결시켜 빛에너지로부터 광학이성질체, 약물 전구체와 같은 고부가가치 정밀화학 물질들을 고효율로 생산하는 기술을 개발했다(그림 1c).
용 어 설 명
인공광합성(aritificial photosynthesis): 자연 광합성을 모방하여 태양광을 이용하여 수소, 메탄올와 같은 화학연료 또는 고부가가치의 정밀화학물질을 생산하는 기술.
산화환원용 효소 (oxidoreductases): 생체촉매인 효소 (enzyme)의 일종으로 각종 산화환원반응에 관여하여 반응생성속도를 촉진시키는 단백질(protein).
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