청정 에너지 생산을 위한 태양 에너지 잡기
유럽연합과 회원국의 대표 과학자들은 수백만 유로의 비용이 드는, 환경에 청정한 전기, 수소, 다른 연료의 생산을 위한 사업에 매진 할 것을 촉구했다. 최근 유럽과학재단(ESF) 주최로 로젠버그에서 열린 회의에서 세계 에너지 필요에 대한 유일한 지속 가능한 해결책이며, 궁극적으로는 가장 유망하면서 방법으로 완전한 규모의 상업적인 태양 에너지 연료 전환 방법이 확인되었다. 이 보고서는 이 회의 결과를 요약한 것이다.
근본문제는 세계 총 연간 에너지 소비가 2050년 까지 현재의 14TW보다 두 배 늘어날 것이라는 점이다. 그 사이 화석연료는 고갈되고, 이산화탄소 배출은 겉잡을 수 없이 늘어나며, 지구 온난화로 세상은 재앙의 위협에 직면한다. 태양에너지 외에, 풍력과 원자력을 이용할 수 있으나 그것으로 에너지 수요 증가를 충당할 수도, 화석 연료를 완전히 대체할 수도, 필요한 전기 생산을 다 할 수도 없다. 또 한가지 문제는 이들은 저장 연료를 생산할 수 없다는 것이다. 전기 저장에서 우연한 큰 발견이 없이는 전세계 에너지 요구의 70%을 해결할 연료에 대한 지속적인 요구가 있을 것이다.
풍부한 태양 에너지의 문제는 그것을 붙잡아 두는 것이다. 자연은 박테리아에서 대규모 숲까지 광합성으로 태양에너지의 효율적인 활용을 완성시켰다. 최근 유럽에서는 이 과정을 이해하고 모방하는 것이 이루어져 과학자들은 이 과정을 통해 상업적인 규모로 연료 생산을 할수 있다는 자신감을 얻었다. 연구의 핵심은 장기적으로 안정적이면서도 지속적인 에너지 공급이 가능하도록 자연적이며 인공적인 태양에너지 전환 시스템을 만들기 위해 생물계(biological system)에서 영감을 얻는 것이다. 초점은 기술 사용으로 인간 경제의 생태학적인 흔적은 줄이고, 지구적인 생태 능력을 향상시켜 환경적으로 깨끗한 기술을 이용하는 것이다.
ESF 실무팀(task force)은 청정 연료 생산을 위한 세가지가 유럽에서 이루어져야 한다고 보았다.
1. 현재의 태양전지 기술을 확대 응용해서 태양의 복사(radiation)에서 직접 청정 연료를 만든다.
2. 태양의 복사를 수집하고 이끌고, 적용하기 위해 자연의 광합성을 모방한 인공적, 화학적인 생체모방 장치를 건설한다. 예를 들어, 물을 분해하고, 대기의 이산화 탄소를 전환하며, 다양한 형태의 환경 청정 연료를 생산하는 것이다.
3. 간접적이며 비효율적인 과정을 통해 연료로 전환되는 탄수화물보다는 수소와 메탄올처럼 직접적으로 연료를 생산하는 자연적인 시스템으로 바꾼다.
이 세가지 연구 주제는 모두 다 근본적인 연구를 탐구해서 광합성에서 물을 수소와 산소로 분해하는 것과 관련된 엄밀한 분자 기제를 드러낼 것이다. 25억년 전에 진화한 이 과정은 대기의 이산화 탄소를 탄수화물로 바꿔 동물이 살수 있는 환경을 만들었고, 모든 화석 연료를 생산하여, 인간이 다시금 이산화탄소로 돌아가게 하고 환경에 재앙이 미치도록 하였다. 그런데 동일한 과정이 다시 구원의 방법을 쥐고 있다.
식물과 미생물의 광합성이 만드는 것은 탄수화물이지만 일부 조류와(algae) 시아노박테리아는 햇빛을 이용해서 물에서 직접 수소를 생산하여, 생산량을 늘리는 유전자 조작과. 적절한 인공적인 시스템을 만드는 기초를 제공한다. 더구나 광합성은 질산염과, 현재 산업적으로 생산되는 화학산업의 귀한 화학물질을 생산한다. 유럽 연구 프로그램은 태양 에너지를 훨씬 높은 효율성으로 직접 화학물질로 변환하는 시스템도 개발하는 것이다. 이는 무제한 에너지 생산뿐 아니라, 전반적인 청정 재생 에너지 혁신의 일부로 대기 주의 이산화탄소를 산업화 이전의 수준으로 되돌릴 수 있다.
연구에는 여러 가지 어려움이 있다. 첫째는 자연의 광합성 시스템 기능을 모방하는 것인데, 특히, 약간의 칼슘과 더불어 4개의 망간 원자로 구성된 촉매를 통해 물을 수소와 산소로 분해하는 식물 잎에 있는 효소 복합체를 모방하는 광합성II 과정이다. 이 도전에 최근 상당한 진전이 이루어졌다. EST회의에 참여한 참석자들은 태양 연료 프로젝트를 ‘인공 잎사귀(artificial leaf)’ 건설을 위한 탐구로 설명한다. 2050년 쯤이면 유럽과 여러 지역에서 상당 연료를 인공 잎을 통해서 얻으리라는 믿음이 커진다. 이 기술을 앞서 성취하기 위해선 시간을 지체할 여유가 없다.
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청정 연료 생산을 위한 기본 연구 조건-우선 연구 방향에 대한 안내
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- 저자 : 글로벌 과학기술정책 정보서비스
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