건축/환경에너지

Nikkei Architecture_2020.4.23 기술 (p13)

산소와 전기를 만들어 내는 '광합성 건축'
식물∙생물 유래로 순환형 사회를 지향하다

식물이 광합성을 하듯이 건물이 빛 에너지를 흡수해 발전하면서 산소를 만든다. 세쓰난대학 이공학부 주환경디자인학과의 가와카미(川上) 교수와 생명과학과의 마쓰오(松尾) 교수가 제안한 식물 유래 광합성 연료 배터리를 외장재에 내장하는 ‘광합성 건축’이 주목을 받고 있다.

식물은 빛 에너지를 이용해 세포 속의 엽록체로 수분을 분해해 산소를 발생시켜 이산화탄소를 전분 등으로 바꾸는 광합성을 한다. 엽록체에는 단백질 복합체가 여러 개 있으며, 각각이 물이나 이산화탄소에서 전분 등을 만들어내기까지의 공정을 분담하고 있다.

마쓰오 교수가 주목한 것은 그 중 하나인 광화학계II 복합체(PSII)다. 빛 에너지를 이용해 물을 산소와 수소 이온으로 분해하는 PSII를 추출해 수소를 회수, 전기에너지로 변환하는 ‘광합성 연료 배터리’를 개발했다.

광합성 연료 배터리 패널은 투명한 아크릴판 2장 사이에 PSII를 포함하는 용액을 넣고, 발생하는 산소를 추출하는 구멍을 만든다. 용액에 닿도록 아크릴 판에 전극을 장착하고, 전극의 외측에 전해질과 또 다른 전극을 설치한다. 이렇게 용액 속에서 발생한 수소 이온을 사용해 발전하는 구조다.

광합성 연료 배터리는 형광등의 빛으로도 발전한다. 광합성 연료 배터리 패널 16㎡로 20W를 발전할 수 있다고 한다. 스마트폰 등을 충전할 수 있기 때문에 재해 대책에도 활용할 수 있다. 또한 이 패널은 약 15분간 1리터의 산소를 만들 수 있다.

가와카미 교수는 광합성 연료 배터리의 투명성에 주목했다. 창문 등에 사용하면 실내에 녹색 빛이 들어갈 수 있을 것으로 판단하고 마쓰오 교수와 공동 연구를 시작했다. “건축 등에 식물이나 해초 등을 채용해 광합성을 시키는 시스템은 여러 개 있다. 그러나 식물의 광합성을 사용해 전기에너지와 산소를 동시에 만드는 건축이나 프로덕트 제안은 없었다”(가와카미 교수). 지금까지 건설회사나 재료업체 등으로부터 문의가 있었다고 한다. 실용화를 위한 개발도 추진될 것으로 보인다.

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