광합성으로 화학물질을 만든다! 탄소 배출 막는 플라스틱 나뭇잎

매년 더워지고 있는 지구, 그래서 이제 뉴스에서 나오는 멘트 중 “올해 여름은 가장 더운 여름으로 기록될 것입니다.”라는 말은 해마다 돌아오는 고정적인 소식인 것처럼 느껴지고 있습니다. 그래서 이제 매년 더위를 걱정하는 것은 일상이 되어가는 것 같습니다. 반면에 환경의 급격한 변화로 인해 많은 사람들이 환경변화의 직접적인 영향을 받으면서 환경보전의 중요성을 진지하게 인식하기 시작했습니다. 이런 시기에 기쁜 소식이 하나 들여왔는데요.

그것은 바로 플라스틱 나뭇잎을 통한 인공 광합성 기술이 한 걸음 앞으로 다가왔다는 소식입니다. 국내 연구진이 플라스틱 인공 나뭇잎을 개발한 것인데요. 플라스틱 나뭇잎을 통해 이산화탄소 배출은 줄이면서 화학물질 생산이 가능하게 되었습니다. 지금부터 미래 신산업창출에 기여할 수 있는 원천기술로 기대받고 있는 플라스틱 나뭇잎에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

광합성 VS #인공광합성

▲ 광합성(출처: http://organicsoiltechnology.com/)

지금까지 우리가 배운 지식으로는 광합성은 식물만이 할 수 있는 고유한 능력이라고 인지하고 있었습니다. 그런데 그런 상식을 깨고 인공광합성이라는 개념이 등장한 것인데요. 우리가 일반적으로 알고 있는 광합성이라는 것은 녹색식물이 빛에너지를 이용해서 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 에너지 변화 과정을 말합니다. 녹색식물의 세포에 들어 있는 엽록체가 광합성을 통해 유기양분인 포도당과 산소를 만들어내게 됩니다. 그래서 식물은 음식을 섭취하지 않아도 햇빛을 이용해서 살아가는 데 필요한 영양분을 스스로 만들어낼 수 있다는 것이 우리가 알고 있는 광합성에 대한 일반적인 내용입니다.

▲ 출처: http://www.gizmag.com/

그렇다면 인공광합성은 어떤 것을 말하는 것일까요? 인공광합성은 우리가 알고 있는 광합성과 같은 원리가 적용되지만, 가장 큰 차이점은 태양광을 이용해서 포름산(HCOOH)이라는 특정 화학물질을 만들어낸다는 것입니다. 포름산은 고무 제품생산, 섬유 염색, 세척제, 향료, 살충제 제조 공업 및 연료전지의 연료 등을 만드는 데 필요한 중요화학물질입니다. 포름산은 다양하게 상용되는 중요한 화학물질이지만 제조공정상 이산화탄소 배출이 불가피했었지만, 인공광합성을 통해 이산화탄소를 줄이면서 포름산을 대량생산하는 것이 가능해졌습니다.

궁금하다! #플라스틱 나뭇잎

▲ 필름 형태로 제작 가능한 플라스틱 나뭇잎(출처: https://www.sciencedaily.com/)

플라스틱 나뭇잎은 식물의 엽록소처럼 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 역할을 하는 것입니다. 즉 인공광합성이 일어나는 장소인데요. 플라스틱 나뭇잎에 이목이 쏠리는 이유는 기존에 에너지 전환 물질인 광촉매를 분말 형태에서 필름 형태의 플라스틱으로 만들어 실용화를 앞당겼다는 점입니다. 이번에 국내 연구진이 개발한 플라스틱 CFO(Covalent Organic Framework) 광촉매는 광흡수 물질을 자체적으로 포함하고 있는 필름 형태로 다른 물질에 코팅이 필요했던 기존 분말 형태에 비해 대량생산이 유리하며 태양광을 받을 수 있는 표면적을 넓게 만들 수 있어 광전환 효율을 높일 수 있다는 큰 장점을 가지고 있습니다.

또한 플라스틱 나뭇잎은 포름산 제조에만 사용되는 것이 아니라, 향후 태양광에너지를 이용한 의약품 등 고부가 정밀화학제품을 제조를 위한 기술개발, 웨어러블 태양전지 소재 등 다양한 분야에 응용이 가능하기 때문에 많은 사람들이 주목하고 있습니다. 이번 기술에서 환경적으로 관심을 가져야 하는 가장 큰 이유는 이산화탄소 배출이 없이 화학물질 생산이 가능한 기술의 원천기술을 확보하여 앞으로 실용화가 가능하다는 점입니다. 인공광합성을 통해 원하는 화학물질을 생산하는 것은 물론 탄소 배출을 피하거나 줄일 수 있기 때문입니다.

기업의 노력 #탄소경영

▲ ECO YHES(출처: (주)한화 홈페이지, http://designnas.com/)

지구온난화가 우리에게 직접적으로 다가오면서 대중들도 환경에 대한 관심이 높아지고 있는데요. 한화케미칼은 오래전부터 온실가스를 줄이기 위한 노력을 아끼지 않고 있습니다. 환경안전보건이 기업의 주요 경영이념인 만큼 1991년 국내 기업 최초로 전사 환경안전 활동 프로그램인 환경안전보건방침 ECO YHES를 공표해 추진하고 있습니다. 보건(Health), 환경(Environment), 안전(Safety)의 HES와 YES의 조합을 통해 사회적 책임을 완수하기 위한 기업경영의 고유가치를 표현하고 있습니다.

또한 2012년부터 온실가스에너지통합관리시스템(H-GEMS)을 자체 개발하여 관리하고 있습니다. 일반적으로 기업들이 온실가스 배출량과 에너지 사용량 등 수치적인 측면에서 접근하고 있다면, 한화케미칼은 온실가스에너지통합관리시스템을 통해 다양하게 활용하고 분석하여 직접적인 대응을 할 수 있도록 하고 있습니다. 이 시스템은 데이터를 표준화하고 체계적으로 관리 및 운영을 하는 것뿐만 아니라, 직접적으로 에너지 절감활동을 보다 효과적으로 할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 이런 노력으로 2014년에는 국내 화학업계 최초로 탄소에너지경영 글로벌 인증인 CTS(Carbon Trust Standard)를 취득하였습니다.

태양광 인공합성시스템은 지구온난화 및 에너지 자원고갈문제를 동시에 해결할 수 있는 미래형 원천기술로 인정받으면서 많은 사람들의 이목을 집중시키고 있습니다. 또한 인공광합성은 장기적으로 화학물질생산뿐만 아니라 이산화탄소감축 관련 미래 신산업창출에 기여할 수 있는 원천기술이 될 수 있기 때문에 큰 기대를 받고 있는데요. 앞으로 태양광을 이용해 의식주를 해결할 수 있는 새로운 개념의 상용화 가능한 태양광 공장이 건설될 수 있기를 기대해봅니다.