식물의 광합성 과정을 응용한 인공적으로 만들어진 광합성 시스템에 대해서
제가 광합성과정에 대해서 받은 답변을 정리해보다가 색소는 식물의 생존과 성장에 불가결한 요소로 작용하며, 인공적으로 만들어진 광합성 시스템에서도 활용되고 있다는데 인공광합성 시스템은 어떤 응용분야에서 활용이 되고 자연환경의 광합성과는 어떻게 비교되는지 궁금합니다.
인공 광합성 시스템은 식물의 광합성 과정을 모방하여 인공적으로 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하는 기술입니다. 연료생산, 환경 보호, 화학 산업 등에서 활용되고 있습니다. 자연 광합성은 1~2%의 에너지 변환 효율을 보이는 반면 인공 광합성 시스템은 이론적으로 10% 이상의 효율을 목표로 하고 있습니다.
인공광합성 시스템은 자연의 광합성 과정을 모방하여 태양 에너지를 활용해 이산화탄소와 물을 고부가가치 화합물로 전환하는 기술입니다. 이 시스템은 나름 다양한 응용분야에서 활용되고 있습니다.
그 중에서도 가장 큰 부분은 에너지 생산입니다. 인공광합성은 수소와 메탄올 등의 청정 에너지를 생산하는데 사용될 수 있고 이렇게 생산된 에너지는 수소자동차 연료로도 사용할 수 있죠.
또한 인공광합성을 통해 포름산을 만들수 있는데, 기존 포름산 생산 과정에서는 메탄올을 주원료로 사용해 이산화탄소가 배출되었지만, 인공광합성을 통한 포름산 생산은 이산화탄소 배출이 줄어듭니다. 참고로 포름산은 연료전지의 연료, 고무제품, 섬유 염색, 세척제, 살충제 등의 원료로 사용될 수 있습니다.
자연의 광합성과 인공광합성의 주요 차이점이라면 효율성과 응용가능성입니다.
현재 인공광합성의 효율은 식물의 광합성 효율(약 4~6%)에 비해 낮은 편이며 자연의 광합성은 식물이 생존하고 성장하는 데 필요한 에너지를 제공하는 반면, 인공광합성은 에너지 생산뿐만 아니라 다양한 화학제품의 생산에도 활용될 수 있죠.
인공 광합성은 자연계의 광합성을 본 떠서 만든 기술로 CO2와 물을 원료로 태양 에너지를 활용하는 형태로 화학 물질을 합성하는 기술을 일컫는 말입니다. 화석연료에서 탈피하여 신재생 에너지를 활용하여 화학 산업 분야에서 적응하기 위한 기술로 각광받고 있습니다. 자연 광합성은 이산화탄소를 유용한 물질로 전환하는 환원 반응만 일어나지만 빛을 흡수해 전력을 만들어내고 촉매반응을 촉진시키는 조촉매를 사용하는 인공광합성은 환원반응과 함께 수소 발생 반응이 함께 일어나게 됩니다.
인공 광합성 시스템은 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 온실가스를 감소시키는 데 활용될 수 있으며 태양광과 결합하여 인공 광합성 시스템을 통해 탄소 중립적인 연료를 생산하는 기술이 연구되고 있습니다.
또 인공 광합성 시스템을 이용하여 식물이 필요로 하는 광합성 과정을 모방하여 더욱 효율적인 농작물 생산이 가능해질 수 있습니다.