식물 광합성 통해 전기 추출해낸다

[산업일보]
미래창조과학부(장관 최양희)는 식물세포의 광합성 과정에서 생성된 광합성 전자를 추출하는 나노전극 시스템을 개발해 에너지 변환을 통해 전기추출 효율을 높인 방법을 개발했다고 밝혔다.

류원형 교수(연세대학교) 연구팀은 미래창조과학부 기초연구사업(집단연구) 및 글로벌프론티어사업 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 재료공학 분야에서 세계적인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스에 9월 14일자로 게재됐다.

광합성은 녹색식물이나 생물이 빛을 이용해 양분을 스스로 만드는 과정이다. 이러한 광합성 작용으로 식물세포는 태양광 에너지를 100%에 가까운 효율로 전기화학적 에너지로 변환시킨다. 이와 같은 광합성 과정의 높은 에너지 변환 효율을 전기 에너지 추출에 이용하기 위한 연구들이 진행돼 왔다.

연구팀은 살아있는 다수의 조류세포 자체를 이용해 광합성으로 발생한 전자를 추출하고, 광합성 기능의 안정성도 도모하는 대면적화가 가능한 나노 전극 시스템을 개발했다.

연구팀은 다수의 식물세포 안에 전극을 동시에 삽입하기 위해 실리콘 기반의 나노 스케일 전극 기판을 제작했다. 이곳에 다수의 식물세포를 삽입하면 나노 스케일의 전극 역시 동시에 삽입돼, 다수의 식물세포로부터 광합성 전자를 일괄 추출할 수 있다. 이는 향후 넓은 면적으로 제작된 전극을 이용한 대량 광합성 전자 추출 시스템을 만들 수 있는 기반을 마련한 셈이다.

또한 살아있는 세포 자체를 이용하기에 세포 환경이 그대로 유지돼, 추출 과정 중 광합성 기능이 안정적으로 유지될 수 있다. 이는 초기 전류 추출 시 효율이 장시간 동안 유지된다는 것이다. 또한 전기화학적 매개체가 별도로 필요하지 않아 전자추출 효율이 높아졌다.

이번 연구는 식물 조류세포의 광합성 과정에서 높은 효율로 전기 에너지를 장시간 추출하는 것이 가능함을 보여주었다. 이번에 개발한 광합성 전류의 추출 시스템이 실용적 기술로 개발이 가능함을 보여주는 것이다.

특히 녹조 현상과 같은 환경 문제가 대두되고 있는 요즈음, 이번 기술의 개발은 녹조류를 하나의 에너지 자원으로 활용할 수 있는 새로운 해결책을 제시해 줄 것이다.

빠르게 변성되는 추출 광합성 인자의 한계점을 극복하고자 살아있는 식물세포 자체를 이용한 본 기술은, 향후 바이오-태양광 하이브리드 기술로써 신재생 에너지 분야의 새 지평을 열 수 있을 것이다.

류원형 교수는 “이번에 개발한 시스템은 최근 환경 문제로 대두된 녹조류 세포를 이용한 새로운 개념의 바이오-태양광 에너지 변환 기술”이라며 “해당 기술의 개발은, 광합성 전류 추출의 실용화 가능성을 보여준 연구이며 나아가 새로운 바이오-태양광 하이브리드 에너지 변환 기술로의 발전 가능성도 보여준다.”며 이번 연구의 중요성과 의의를 밝혔다.