인공광합성 기술, 과제가 아직도 남아있나?

1. 환경 위기의 근원

 

지구 온난화는 세상의 현실이 되었고 우리는 그 결과로 이슈화되는 자연재해와 환경 파괴의 무서운 눈앞에 놓여 있다. 화석 연료의 고갈에 따른 에너지 위기는 온난화의 주된 원인 중 하나인데 이 환경문제의 크기를 가늠해보면 앞으로 대비할 과제의 범위를 상상하기 어렵다. 그럼에도 이 문제를 완화하고자하는 세계 각국의 대책과 노력은 아직 효과를 나타내기에는 역부족이다.

 

현실적으로 무제한으로 존재하는 태양에너지의 활용은 필수적이지만 그 방법론에 있어선 명확한 합의와 지속 가능한 해결책을 찾기 위한 진정한 노력이 더욱 필요하다. 인간의 발전을 위한 열망과 지구 환경을 보호하고자 하는 원칙 간의 균형은 언제나 다소 힘겹게 느껴지나 이를 핑계로 환경문제 해결을 미룰 수 없다. 결국 대책 없는 발전만큼 위험한 것은 없다.

2. KAIST의 혁신

 

KAIST는 대한민국의 대표적인 과학기술 연구기관 중 하나로 그 이름만으로도 연구와 혁신에 대한 믿음이 가는 곳이다. 최근 이 곳에서 나온 연구 결과 하나가 환경과 에너지 분야의 전문가 사이에서 큰 주목을 받고 있다. 신소재공학과 박찬범 교수팀은 자연계의 광합성을 모방하여 ‘인공광합성’ 시스템 개발에 성공한 것이다.

 

인공광합성이란 말 자체가 굉장히 혁신적으로 들린다. 온실가스인 이산화탄소를 광화학적 반응을 통해 유용한 물질로 변환하는 이 기술은, 우리가 지금까지 알고 있는 환경 보호 기술과는 달리 새로운 차원의 가능성을 열어놓고 있다. 그러나 이것이 실제 산업에 적용되려면 아직 많은 과제와 장애물이 남아 있다. 부산물 생성을 줄이는 방법, 효율성의 향상, 비용 문제 등 많은 연구가 필요한 영역이다.

 

그럼에도 KAIST의 이번 연구는 기존에 알려진 방법과는 다르게 태양전지 기술과 효소 반응을 결합한 방식으로 접근하였다. 이렇게 함으로써 그들은 기존의 방법론에 비해 효율적이고 안정적인 결과를 도출할 수 있었다. 이 연구의 성과는 단순히 학계의 주목만 받는 것이 아니라 산업계와 정부에서도 그 가치를 인정받고 있다.

 

KAIST의 이런 연구 활동은 환경 문제 해결을 위한 새로운 지평을 제시하며 기존의 연구 방향성을 바꿔놓을 수 있는 포텐셜을 갖추고 있다. 그렇지만 아직도 이 연구가 직면하는 도전과제를 간과해서는 안된다.

3. 빛과 전기의 효율 대결

 

세계의 과학 연구 커뮤니티는 에너지 소스와 그 사용의 효율성에 관한 연구를 끊임없이 진행하고 있다. 한국과학기술연구원(KIST)의 최근 연구 결과가 그런 연구 가운데 하나로 두각을 나타냈다. 이 연구에선 광전극, 즉 빛을 흡수해 전력을 만들어내는 전극 및 조촉매를 활용하여 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 과정에서의 에너지 효율을 측정하였다.

 

그 결과 빛 에너지와 전기 에너지 중 어느 것이 더 효율적인지에 대한 놀라운 결론이 도출되었다. 빛 에너지를 직접 공급할 때, 광전극의 전자 중 98% 이상이 일산화탄소를 생산하는 반응에 참여한다는 사실이 밝혀졌다. 반면 전기 에너지만을 사용할 경우 이 비율은 14%에 불과하다는 연구 결과가 나왔다.

 

이 결과는 빛 에너지 활용의 중요성을 다시 한번 강조하며 태양광과 같은 청정 에너지원의 연구 및 활용을 촉진시킬 것으로 예상된다. 그러나 이 연구엔 주의해야 할 점도 존재한다. 빛 에너지의 직접적인 활용이 더 효율적일지라도 태양전지를 사용하여 빛을 전기에너지로 전환할 때 발생하는 부산물, 특히 수소의 생성 문제는 여전히 해결되지 않았다. 이는 새로운 도전과제로 다가오며 연구진은 이 부분에 대한 개선 방안을 찾고 있다.

 

태양광의 무한한 잠재력과 함께 이와 관련된 기술의 개선 및 활용은 지속 가능한 미래를 위한 중요한 단계로 여겨진다. 그럼에도 무작정 환호하기보단 효율성과 안정성, 실용성 등을 종합적으로 고려하여 새로운 연구 방향을 설정해야 할 것이다.

4. 글로벌 인공광합성 연구 경쟁

 

세계 각국은 환경 친화적인 에너지 솔루션을 찾기 위한 경쟁에 뛰어들었다. 물론 인공광합성이 그 중심에 있다. 미국, 세계의 과학 및 기술 강국 중 하나는 이미 2010년부터 이 분야에 투자하였다. 캘리포니아 공과대학, 버클리대, MIT의 선도 연구자로 구성된 연구 센터에 5년 동안 1억 달러 이상을 지원하며 그 의지를 분명히 보여주었다.

 

이와 마찬가지로 우리나라도 뒤쳐지지 않고자 노력하였다. 2009년부터 10년간, 서강대 인공광합성 연구센터에 정부 지원금 500억 원을 투입하였다. 이런 대규모 투자의 배경엔 무엇이 있을까? 단순히 환경 문제만이 아니라 이 기술이 경제와 산업에 미칠 수 있는 파급 효과를 충분히 인식하였기 때문이다.

 

이들 연구 센터는 기술의 기본적인 연구 뿐만 아니라 실제 산업에 적용 가능한 솔루션을 개발하는 데 중점을 둔다. 특히 빛 에너지를 활용하여 물과 이산화탄소로부터 수소와 메탄올과 같은 청정 연료를 생산하는 연구는 매우 흥미로운 분야로 각광받고 있다.

 

그러나 비판적인 관점에서 바라볼 때, 이런 투자와 연구의 활발함에도 실제 산업에 적용하기에는 아직 여러 과제가 남아있다. 이 기술의 효율성, 안정성, 경제성 등 다양한 요소가 그 장애물로 작용하고 있다. 그렇다면 지금까지의 투자가 과연 헛되지 않았는지, 그 가치를 실제로 인정받을 수 있는 날이 과연 올까? 이것이 바로 지금 우리가 직면한 중요한 질문이다.

5. 기대와 현실, 인공광합성의 미래

 

인공광합성의 기술은 우리 시대의 과학 및 산업 분야에서 가장 혁신적인 발전 중 하나로 꼽히며 그 중요성을 둘러싼 논의는 점점 뜨겁게 진행되고 있다. 이 기술의 탄생은 환경 친화적 에너지 생산의 새로운 가능성을 열었을 뿐만 아니라 지속가능한 발전의 중요한 열쇠가 될 수 있다는 기대를 안겨주었다.

 

그러나 여기엔 중요한 주의사항이 있다. 기술의 발전과 혁신은 기대와 현실 사이의 간극을 줄이기 위한 과정이다. 특히 현재의 인공광합성 기술은 여전히 초기 단계에 있으며 이론과 실험실 수준의 연구를 넘어 실제 산업에 효과적으로 적용되기까진 많은 시행착오와 발전이 필요하다.

 

필자의 관점에서 보면, 인공광합성의 성공은 단순히 기술적인 문제만을 해결하는 것이 아니라 이를 활용하는 사회와 산업의 변화에도 크게 의존한다. 새로운 기술의 적용과 확산을 위해선 관련 산업의 협력, 규제 환경의 변화, 대중의 인식과 수용도가 필수적이다.

 

무엇보다 인공광합성 기술의 적용과 확산을 위한 주요 도전 과제는 국가와 산업체, 연구 기관 간의 협력을 통해 극복될 수 있다고 믿는다. 이런 상호 협력은 기술의 상용화를 가속화시키며 그 결과로 인한 사회적, 경제적 편익을 최대화시킬 것이다.

 

정리하자면 인공광합성은 환경, 산업, 경제의 미래를 위한 중요한 핵심 기술이다. 그러나 그 발전과 활용을 위해선 지속적인 투자와 노력, 시간이 필요하다. 지금이야말로 그 기술의 성공을 위한 꾸준한 지원과 관심을 모아야 할 때라고 생각한다.

기초과학투자란 복권을 사지 않고선 복권에 당첨될 수 없는 것과 같은 이치의 이야기이다.