日신슈 대학, 인공 광합성 실증 시설 건설... 수소 생산기술 개발 가속화
니혼게이자이 신문(닛케이)에 따르면 신슈 대학은 2025년 나가노현 이다시에 세계 최대 규모의 인공 광합성 실증 시설을 건설하고 저비용으로 대량의 수소를 생산해 탈탄소화에 기여할 수 있는 기술을 개발할 예정이다.
인공 광합성은 식물의 광합성을 모방해 물과 이산화탄소로부터 에너지와 화학 원료를 생성하는 기술이다.
이 기술은 1967년 도쿄과학기술대 명예교수인 아키라 후지시마가 이산화티타늄으로 조사하면 물이 산소와 수소로 분해되는 "혼다와 후지시마 효과"를 발견한 이래 활발히 연구되어 왔다.
광촉매를 사용해 수소를 효율적으로 생산하면 에너지원이나 화학 원료로 활용할 수 있다. 특히 수소는 연소 시 물만 생성되기 때문에 친환경 에너지로 주목을 받고 있다.
태양광을 이용한 또 다른 방법으로는 태양전지 전기로 물을 분해하는 방법이 있지만, 비용과 에너지 손실 문제가 있다.
반면 광촉매는 비용이 저렴하고 대규모로 확장하기 쉽다는 장점이 있다. 도멘 교수는 스트론튬 티타네이트 분말을 이용해 물을 분해하는 연구를 진행해 왔고, 최근에는 시트 형태로 만들어 패널에 넣는 실험을 하고 있다.
현재 광에너지를 수소로 변환하는 효율은 약 1% 수준이지만, 두 종류의 촉매를 연결해 4%까지 높이는 연구가 진행 중이다. 생산된 수소는 나가노현과 이다시와 협력해 버스 연료로 활용될 예정이다.
또한 간사이가쿠인대학 하시모토 히데키 교수가 이끄는 팀은 식물 유래 색소로 박테리아의 광합성 효율을 높이는 데 성공했다.
박테리아의 색소 전달 효율이 약 30%에서 80%로 개선되었으며, 앞으로 광촉매와 결합하면 더 높아질 것으로 기대된다고 밝혔습니다.
NTT는 또한 갈륨 질화물(GaN)을 광촉매로 사용하여 CO2와 반응시키는 시스템을 개발하여 현재까지 가장 긴 350시간 동안 화학 원료를 연속 생산할 수 있었습니다.
그러나 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 인공 광합성 기술로 생산된 수소는 여전히 비용 측면에서 경쟁력이 떨어집니다.
일본은 이 분야에서 세계적 선두 자리를 차지하고 있으며, 혼다와 후지시마 효과가 발견된 이후 많은 연구자들이 관련 연구에 집중해 왔습니다.
전문가들은 상용화를 위한 빠른 경로를 마련해야 한다고 말합니다.