2021년 주요 기사

근본적으로 자연 자체에서 영감을 받은 첨단 에너지 생성 시스템, 즉 인공 광합성을 구축하려는 노력이 점점 더 커지고 있습니다.

Raj Shah 박사, Eliana Matsil 여사, Gabrielle Massoud 여사 | 쾰러 악기 회사

화석 연료 에너지 공급에 대한 청정 대체 에너지를 실현해야 하는 긴급성이 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 재생에너지원으로서의 인공광합성에 대한 연구는 수십년 동안 진행되어 왔다. 이 접근 방식은 생체모방 기술을 사용하여 풍부한 햇빛, 물, 이산화탄소 자원을 사용하여 산소와 에너지가 풍부한 탄수화물을 생성하는 자연 광합성 과정을 재현합니다. 이 작업을 복제함으로써 연구자들은 이러한 천연 자원을 활용하여 태양 에너지를 화학 에너지로 변환하고 이를 연료 결합에 저장하는 시스템을 설계할 수 있습니다. 인공 광합성을 통해 생산할 수 있는 연료로는 포름산(HCOOH), 메탄올(CH3OH), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4) 등의 탄화수소나 순수 수소 연료가 있습니다. 인공 광합성과 관련된 화학적 과정에는 물을 산소와 수소로 분해하거나 이산화탄소를 다양한 탄화수소로 환원시키는 과정이 포함됩니다. 이러한 공정은 광전기화학 전지 또는 광전지 결합 전해조를 포함한 소수의 장치 설계를 통해 수행됩니다. 각 기능은 햇빛 광자 및 적합한 촉매에서 추출된 에너지에 의해 구동됩니다. 또한 자연 광합성과 인공 광합성의 유리한 구성 요소를 결합하여 반인공 광합성 시스템을 만드는 일반적인 방법도 있습니다. 여기에는 효소를 통합하거나 합성 장치에 전체 세포를 적용하는 방법도 포함됩니다. 그러나 비용 효율성, 장기 내구성, 우수한 효율성이라는 중요한 특성을 입증하는 시스템을 구축하지 못하는 점을 중심으로 이 분야의 발전에는 몇 가지 한계가 있습니다. 그럼에도 불구하고, 연구자들은 산업적으로 적용할 수 있는 실행 가능한 장치를 만들기 위해 열심이면서 적합한 재료에 대한 검색이 계속되고 있습니다. 인공 광합성을 대규모로 활용하면 가치 있는 연료 형태로 재생 가능하고 저장 가능한 에너지를 사회에 잠재적으로 제공할 수 있습니다. 생산된 탄화수소는 화석 연료를 대체할 수 있으며, 순수한 수소는 연료로 사용되거나 연료 전지로 전달되어 전기를 생산할 수 있습니다. 인공 광합성 장치는 대기 정화 장치로도 기능하여 환경에서 과도한 이산화탄소를 추출하고 다시 산소를 방출할 수 있습니다. 갈 길이 멀지만, 인공 광합성을 통해 생산된 에너지로 움직이는 사회는 바람직하며, 현재까지의 노력은 좋은 가능성을 보여줍니다.

사회가 발전함에 따라 우리의 유해한 기준을 대체할 수 있는 재생 가능 에너지원을 개발해야 할 필요성이 항상 존재합니다. 기존 화석 연료의 사용은 계속해서 천연 자원을 고갈시키고 환경 안전을 방해하는 온실가스를 배출합니다. 수년에 걸쳐 과학자들은 세계 에너지 공급의 약 80%를 차지하는 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 데 기여할 수 있는 수많은 대체 물질을 탐색해 왔습니다[1]. 따라서 근본적으로 자연 그 자체에서 영감을 받은 첨단 에너지 생산 시스템을 구축하려는 노력이 점점 더 커지고 있습니다. 이 개념을 인공 광합성이라고 합니다. 이는 천연 식물, 조류 및 일부 박테리아 내에서 발생하는 생물학적 반응을 모방하여 본질적으로 화학 결합에 저장되는 자체 에너지를 생성하도록 설계되었습니다[2].

태양은 30분마다 지구 표면에 인류의 1년 에너지 수요를 공급하기에 충분한 에너지를 제공합니다[3]. 전 세계에 고르지 않게 분포되어 종종 정치적 긴장이나 가용성 문제를 일으키는 화석 연료와 달리[1] 햇빛은 엄청나게 이용 가능하고 지리적으로 분산되어 있습니다[4]. 장기적으로 사회에 전력을 공급할 수 있을 만큼 강력한 유일한 에너지원은 태양 에너지라고 많은 사람들이 주장합니다[5]. 즉, 태양은 우리의 유일한 희망입니다.