일본산업뉴스요약

인공 광합성 변환 효율 3%
물에서 수소를, CO₂를 유효한 활용으로 – NEDO등

【용어】 인공 광합성=태양광 에너지를 활용해, CO2와 물에서 산소와 전분을 만드는 식물의 광합성을 모방한 프로세스를 뜻하는 경우가 많다. 단지, 넓은 의미로는 태양광을 사용해, 또 다른 에너지를 생성하는 기술도 포함된다. 일본은 인공 광합성 연구가 활발. 파나소닉(Panasonic)이나 도시바(東芝) 등은 CO₂와 물을 원료로 태양광 작용을 통한 유기물 제조장치 개발에 착수한다.

신에너지・산업기술종합개발기구(NEDO)와 미쯔비시(三菱)화학 등의 연구팀은, 광촉매(光觸媒)를 사용해 물에서 수소를 생성하는 인공 광합성(용어 참조)에서 세계 최고 수준인 3%의 태양광 에너지 변환 효율을 달성했다. 광촉매의 제작 방법을 개선하여 효율도를 높였고, 그것은 식물에 의한 광합성 에너지 변환 효율에 비해, 10배나 높았다. 2021년도에는 실용화의 수준인 10%를 지향, 2030년경엔 인공 광합성 플랜트(Plant)로 생성된 수소를 활용한 기초 화학품인 오레핀(Oiefin)생성 플랜트(plant)의 상업화를 지원한다.

광촉매가 빛을 흡수하면 강력한 산화력이 발생한다. NEDO는 인공 광합성 연구로써, 태양광으로 수소를 제조한 후에 이산화탄소(CO₂)를 이용해 기초 화학품을 만드는 방법을 개발해 왔다. 수중에 광촉매를 넣고 빛을 발사하여 생성된 산화력으로 물을 분해해 수소를 추출한다. 2015년 3월에 전환 효율 2% 달성 후, 1년 반 만에 1포인트 상승시켰다.

3%를 달성한 장치는 산소발생용으로 바나딘(Vanadin)산(酸) 비스무트(bismuth), 수소 발생용으로 동(銅)・인듐(indium)・갈륨(gallium)・셀렌(Selen)을 광촉매로써 사용, 산소용과 수소용 순으로 빛을 2단계로 이용 가능한 탠덤(tandem)구조로 만들었다. 2%였던 시점에서는 빛을 계속 발사했을 때 효율이 저하되었지만, 3%를 달성한 현재는 거의 저하되지 않는다.

2030년경에는, 화력 발전소의 배기가스로부터 회수한 CO_２와, 인공 광합성 플랜트(plant)에서 생성된 수소를 합성해, 기초 화학품인 오레핀을 만드는 플랜트의 상업적 운영이 예상된다. 실현되면 지구 온난화를 초래하는 CO₂를 공기 중으로 방출하지 않고 유효하게 이용, 화석자원 없이도 수지(樹脂)제품을 제조할 수 있게 된다.

NEDO와 함께 개발하는 인공 광합성 화학 프로세스 기술연구 협회에는 미쯔비시 화학, 후지(富士)필름, 미쯔이(三井)화학, 스미토모(住友)화학, TOTO, 국제 석유개발제석(國際石油開發帝石), 파인 세라믹스 센터(JFCC)가 참여. 동경대학의 도우멘 교수팀이 협력하였다.

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