태양력과 풍력은 재생 에너지라는 것 외에도 공통점이 하나 더 있다. 즉, 태양이 비치지 않거나 바람이 불지 않으면 전력을 생산하지 못한다는 거다. 그런데 그런 문제를 언젠가 인공 광합성으로 해결할 수 있을지도 모른다.

시간과 날씨와 상관없이 전력망에 일관된 재생 에너지를 공급하여 건전지에 전력을 축적하는 기술이 개발 중이다. 그런데 과학자들은 그 해답을 식물과 나무에서 찾고 있다. 태양 에너지를 액체 설탕이나 탄수화물 형태의 연료로 변형시킬 수 있는 인공적으로 만든 잎사귀를 개발 중이라는 이야기다.

식물은 나중에 사용하기 위해 태양 에너지를 화학적 에너지로 바꿔 놓는다. 그런데 칼텍(Cal Tech) 과학자들은 그런 과정을 인공적으로 재현하는데 필요한 부분들을 발견했다고 이번 주 발표된 미국국립과학원회보에 게재했다.

칼텍 화학과 교수인 네이트 루이스 박사는 "탄소 배출을 정말로 줄이고자 한다면 디양한 방법으로 문제에 접근해야 한다."고 말했다. "이번 연구는 새로운 에너지에 대한 것이 아니다. 이건 새로운 에너지로 건너가는 다리일 뿐이다. 재생 에너지를 제대로 활용하려면 무-탄소 에너지를 축적하는 법을 터득해야 하고 또 이동 수단에 사용되는 고-에너지-밀집 연료를 탄소 중립 상태가 되도록 만들어야 한다. 이 두 가지를 다 수용할 수 있는 기술이 완비되어야 한다."

그는 인공 광합성이 그런 역할에 가장 적합한 후보라고 말한다. "태양과 물과 탄산가스를 인풋(inputs)으로 이용하여 연료를 생성하는 게 목표다."

지난 2월 발표된 하버드 대학의 연구를 포함해 '바이오닉 잎사귀'로 인공 광합성이 가능하다는 연구들은 이미 존재했다. 칼텍 팀은 비슷한 기술을 다른 관점으로 접근하여 액체 연료를 만들었다. 칼텍 인공광합성공동센터의 루이스 박사 연구팀은 특별한 세포막을 개발했는데, 연료를 만드는 과정에서 휘발성 높은 가스 폭발 위험을 제거할 수 있었다.

인공 광합성에는 두 개의 광 감지기 전극이 필요하다. 하나는 물 분자를 산화시켜 산소와 양자와 전자로 바꾼다. 다른 전극은 동시에 양자와 전자를 이용해 수소 가스를 만든다. 가스가 폭발하지 않고 배관에 들어가게 하려면 이 두 개의 전극을 분리하는 막이 있어야 한다. 연구팀은 두 전극을 분리하는 역할에 니켈 산화물 박막이 적격이라는 사실을 발견했다.

루이스 박사는 이번 발견으로 인공 광합성이 가능하다는 것이 증명됐다고 말한다. 다만 완벽한 기술을 위해 더 많은 연구가 요구되는데, 10년 이후면 완성이 가능할 거라고 그는 추측했다.

다만 장벽은 있다. 독일 막스플랑크 화학연구소의 화학에너지전환 화학자 디미트리오스 A. 판타지스는 "기후 변화를 완화할 수 있는 인공 광합성 기술이 성공하려면 모든 국가가 그 기술을 적극적으로 수용해야 한다."고 설명한다. 또 조만간 해결하기 어려운 문제 중 하나가 생성된 태양력을 저장하고 이동하고 이용하는데 필요한 대형 인프라 구축이다.

상업적인 용도로 활용될 정도의 인공 광합성 기술은 곧 완벽하게 가능해질까?

*이 기사는 허핑턴포스트US의 Artificial Photosynthesis Could Soon Be Key To Widespread Adoption Of Renewables를 번역, 가공한 글입니다.