식물이 햇빛을 받아 물과 이산화탄소로 포도당을 만드는 것처럼, 인류도 태양광을 이용해 무기물에서 고부가가치의 화학 연료를 직접 합성하려 합니다. 어떤 원리인가요?

Question

이충흔 · Accepted Answer

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.말씀하신 기술은 식물이 햇빛을 이용해 영양분을 만드는 자연의 정교한 화학 공정을 모방하여, 인간이 원하는 유기 화합물과 친환경 연료를 직접 만들어내는 기술을 바로 인공광합성이라고 합니다. 나뭇잎의 엽록소 대신 광흡수체를 사용하고, 생물학적 효소 대신 특수 화학 촉매를 사용한다는 점이 다를 뿐, 빛 에너지를 이용해 이산화탄소와 물의 화학 결합을 재배열하는 기본 원리는 동일합니다. 그 원리에 대해 설명해 드릴게요.인공광합성 장치 내부에서는 빛 에너지 수집, 물 분해, 그리고 이산화탄소 재조합이 연속적으로 일어납니다. 태양전지나 반도체 성질을 띤 광흡수체가 빛 에너지를 받으면, 내부 전자가 빛을 흡수하여 튕겨 나가며 전자와 전자가 빠져나간 빈자리인 정공이 형성되고, 산화 촉매 표면에서 정공이 물 분자를 공격하여 분해합니다. 이때 부산물로 깨끗한 산소가 배출되고, 핵심 재료인 수소 이온과 전자가 확보됩니다. 광흡수체에서 넘겨받은 전자와 물에서 쪼개져 나온 수소 이온이 환원 촉매 표면으로 이동하여, 주입된 이산화탄소와 결합합니다.