캠브리지 대학의 연구원들은 햇빛을 이용하여 물과 이산화탄소를 에탄올과 프로판올로 전환시키는 '인공 잎'을 개발했다.
이른바 '드롭인' 연료는 수정 없이 내연기관에 직접 동력을 공급할 수 있어 잠재적으로 가솔린에 대한 저 배출 대안을 제공할 수 있다.
화석 연료와 달리 이 태양 연료는 탄소 배출량이 제로이며 완전히 재생 가능하다고 연구원들은 말했다. 게다가 대부분의 바이오에탄올과 달리 농경지를 식량 생산에서 전용하지 않는다.
연구원들은 구리, 유리, 은 및 흑연을 포함한 여러 층으로 인조 잎을 만들었다. 잎에는 햇빛을 수확하는 식물의 분자와 유사한 광흡수제가 촉매와 결합되어 있다.
실제 잎의 광합성 촉매인 엽록소와 유사한 이 촉매는 구리와 팔라듐의 두 가지 원소로 만들어진다. 햇빛이 있는 곳에서 촉매는 CO2를 에탄올과 프로판올로, 물을 산소로 전환한다.
이 인공 나뭇잎은 실제와 많이 닮지 않았지만 분명히 일을 완수한다. (이미지 출처: Motiar Rahaman/University of Cambridge)
수년 동안 연구팀은 지속 가능한 연료를 생산하기 위해 광합성을 활용하는 방법을 조사해 왔다.하지만 이 인공 잎은 연료, 의약품, 플라스틱 및 비료를 생산하는 데 사용되는 수소와 일산화탄소의 혼합물인 합성 가스와 같은 단순한 화학 물질만 생산할 수 있었다.
그러나 이 최근의 돌파구는 과학자들이 합성가스를 전혀 생산하지 않고 깨끗한 에탄올과 프로판올을 생산할 수 있게 해주었다. 이 단계를 제거하면 기술이 "더 실용적이고 확장 가능"해진다고 연구원들은 말했다.
다른 과학자들은 전력을 이용해 유사한 화학물질을 생산하는 데 성공했지만, 태양광만을 이용해 인공 잎으로 이렇게 복잡한 화학물질을 생산한 것은 이번이 처음이다.
이 기술은 아직 실험실 규모이지만 연구원들은 인공 잎이 화석 연료 기반 경제에서 전환하는 데 중요한 단계라고 말한다.
연구를 이끈 어윈 라이스너(Erwin Reisner) 교수는 “아직 해야 할 일이 있지만 우리는 이 인공 잎이 무엇을 할 수 있는지 보여주었다”고 말했다. "우리가 가장 단순한 분자를 넘어 화석 연료에서 전환함에 따라 직접적으로 유용한 것을 만들 수 있다는 것을 보여주는 것이 중요하다."
팀은 현재 햇빛을 더 잘 흡수할 수 있도록 광 흡수체를 최적화하기 위해 노력하고 있다. 그들은 또한 더 많은 햇빛을 연료로 전환할 수 있도록 촉매를 최적화하는 작업을 하고 있다.
대량의 연료를 생산할 수 있도록 장치를 확장 가능하게 만드는 추가 작업도 필요하다. 그러나 미래에는 자동차가 이 기술을 사용하여 이동 중에도 깨끗한 연료를 생산할 수 있다.