국내 연구팀, 광합성에서 전기를 추출하는 나노전극 시스템 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 미래창조과학부는 국내 연구팀이 식물세포의 광합성 과정에서 생성된 광합성 전자를 추출하는 나노전극 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.

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

광합성은 녹색식물이나 생물이 빛을 이용하여 양분을 스스로 만드는 과정이다. 식물세포는 외부의 빛을 흡수하여 물과 이산화탄소를 원료로 산소와 포도당과 같은 유기 양분을 만든다.

이러한 광합성 작용으로 식물세포는 태양광 에너지를 100%에 가까운 효율로 전기화학적 에너지로 변환시킨다. 이 같은 광합성 과정의 높은 에너지 변환 효율을 전기 에너지 추출에 이용하기 위한 연구들이 진행돼 왔다.

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연구팀은 이전 연구에서 원자력 현미경에 부착된 나노 전극을 식물세포 안으로 삽입, 광합성 과정 중 전류 추출이 가능함을 보여줬다. 하지만 대상이 단일 식물세포로 국한 돼 있어 얻을 수 있는 전류의 양이 현저히 적었으며 실험 조건이 까다로워 실용화에 어려움을 겪었다.

이에 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. 이 곳에 다수의 식물세포를 삽입하면 나노 스케일의 전극 역시 동시에 삽입, 다수의 식물세포로부터 광합성 전자를 일괄 추출할 수 있기 때문이다.

또한 살아있는 세포 자체를 이용하기에 세포 환경이 그대로 유지해 추출 과정 중 광합성 기능이 안정적으로 유지할 수 있었다. 전기화학적 매개체가 별도로 필요하지 않아 전자추출 효율도 높아졌다.

류 교수는 “이번에 개발한 시스템은 최근 환경 문제로 대두된 녹조류 세포를 이용한 새로운 개념의 바이오-태양광 에너지 변환 기술”이라며 “해당 기술의 개발은 새로운 바이오-태양광 하이브리드 에너지 변환 기술로의 발전 가능성도 보여준다”고 말했다.