우리얘기

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

<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