멀리서 보면 김같이 생겼지만 MIT에서 연구용으로 생산한 인공 광합성을 하는 인공 잎입니다. 인류는 오래전부터 농경을하며 태양에너지를 흡수할 수 있는 식물들을 키워왔으나 과학기술이 발전하면서 식물에서 만족하지 못하고 직접 태양에너지를 이용하고자 하였습니다. 단순히 과학적 호기심을 넘어서 인류의 에너지 사용량이 급격히 증가하면서 필요성 또한 증가하였습니다. 우리가 사용하는 화석연료를 1년 단위로 다합쳐도 태양이 하루에 지구에 보내는 에너지보다 못미치기때문이죠. 그리고 1839년에 에드먼드 베크렐이 최초의 태양전지를 만들고 100년 이상이 걸려 실제로 인류가 사용할 수 있는 수준의 태양광 발전이 만들어지게 됩니다.
한편 인류가 독자적으로 만들어낸 태양광 발전 방법과는 다르게 인류보다 먼저 태양 에너지를 사용해왔던 식물의 방식을 모방하여 인공 광합성을 시도하려는 연구자들도 있었습니다. 하지만 태양광 발전이 존재하는데 왜 굳이 인공 광합성에 도전할까요? 인공 광합이 태양광 발전에 비해 차별화된 장점이 있기 때문입니다.
우선 식물의 광합성을 모방했기때문에 인공 광합성 역시 식물처럼 이산화탄소 제거 효과가 있습니다. 지구 온난화를 걱정하며 이산화탄소를 줄이려고 하지만 이산화탄소는 계속 늘어나고 있습니다. 하지만 인공광합성으로 이산화탄소를 제거할 수단을 늘린다면 이산화탄소 감소에 도움이 되겠죠.더불어 산소도 생산하므로 우주진출에도 도움이 될 수 있습니다. 또한 전기만 생산하는 태양광 발전과 다르게 인공 광합성은 추가로 유용한 물질을 얻을 수도 있습니다. 애초부터 식물의 광합성이 식물에 쓸 물질을 화학과정으로 만드는것이기에 과정을 조정하면 다른 유용한 물질을 얻을 수도 있는것이지요.
게다가 태양광 발전의 단점을 상쇄할만한 요소도 있습니다. 태양광 발전은 줄었다고는 하지만 교체하여 폐기되는 모듈에있는 중금속 처리 문제가 있습니다. 태양광 발전장치가 집중적으로 몰릴떄 생기는 반사광도 문제로 제기되고있습니다. 인공 광합성도 종류에 따라 다르겠지만 잎의 성질까지 모방하는 경우 태양광 반사를 억제시키는 효과도 있습니다. 그리고 즉시 전력으로 생산하기에 에너지 저장문제가 있는 태양광발전에 비해 화학에너지로 생산되기에 에너지 저장에도 용이합니다.
그렇다면 이런 장점이 있으면서 왜 태양광 발전이 대세고 인공 광합성은 듣기조차 힘들까요? 문제는 에너지 효율이 엄청낮다는 점입니다. 현재 태양광 발전조차 생산단가가 안맞아 보조금을 받고있는데 인공 광합성은 그보다 더욱 낮습니다. 이건 애초에 모방대상인 식물이어서 발생한 문제라고도 볼 수 있는데 식물의 광합성 효율은 평균 1%라고 할정도로 좋지 않습니다. 이는 식물들도 생물이다보니 에너지 생산에만 특화된게 아니라 스스로의 생명활동도 수행하다보니 필요한만큼만 에너지를 생산하게 진화하였기 때문입니다. 인공 잎등의 인공 광합성은 불필요한걸 없앨 수 있기 때문에 식물보다 좀 더 효율적으로 에너지를 생산 할 수 있지만 그래도 상용화에 힘든것으로 보입니다. 매년 국내뿐만아니라 세계적으로 효율적인 촉매를 개발했다고 발표가 나지만 여전히 상용화되지는 못 했죠. 이 촉매가 문제인데 이미 1990년대에도 10%가 넘는 방법이 나왔었지만 효율이 높은 촉매는 대체로 비싼데다가 촉매도 햇빛에 분리되어 수명이 길지 못했습니다. 실용성때문에 값싼 촉매를 사용하려는 인공 광합성에 맞지 않는 방법이었던것이죠. 실용성문제를 해결한 촉매가 나온다면 인공 광합성도 새로운 신재생 에너지로 합류하지 않을까 싶습니다.
