식물과 조류는, 태양의 빛을 받아 그것을 에너지로하는 행위를 수십억 년이나 계속해왔다. 그것이, 광합성이다.
그리고 과학자들은 이 고대로부터의 일에 조그마한 아이디어를 더하는 것으로, 화석 연료에 맞설 정도의 효율을 실현 한 에너지 사회의 도래를 실현 시키려하고 있다.
- 광합성이 가능한 것
아시다시피, 광합성이라는 것은, 빛을 사용하여 물을 분해하고, 산소를 방출하면서 이산화탄소를 당으로 바꾸는 변환 프로세스 인 것이다.
식물이나 조류등은, 이 방법으로 수십억 년을 살아 왔지만, 궁극적으로는 현재 우리가 대량으로 태우는 화석 연료가 생긴 원인이기도 하다.
광합성은 에너지를 포착한다는 점에서 그다지 효율적이라고 할 수 없다. 식물은 빛 에너지의 불과 몇 퍼센트 만 이용할 수 있으면 충분하기 때문이다.
따라서, 그들은 그것에 의존하고 있는 것이다.
또한 화석 연료로 저장된 에너지를 이용하기에도 문제가 있다. 그렇게 해버리면, 거기에 고착되어 있던 이산화탄소까지 날아가버려, 지구 온난화로 연결된다.
- 효소를 사용한 반 인공 광합성을 생성
캠브리지 대학의 연구팀이 발명 한 것은, 생명의 진화 과정에서 방치되어 버린 과정을 일캐우는 것으로 얻을 수 있는 반 인공 광합성이다. 그 열쇠를 쥐고있는 것이 히드로게나아제라는 효소다.
이것은 조류 속에 존재하고, 양자를 수소로 환원하는 힘이있다.
생명의 진화에서, 생존에 반드시 필요한 것은 아니었기 때문에 그 기능은 사용되지 않았지만, 연구팀은 이를 이용하여 물을 수소와 산소로 분리하는 데 성공했다.
이산화탄소의 방출이 우려되는 지금, 광합성을 인공적으로 하고 에너지를 생산하는 연구는 오래전부터 진행되어 왔다.
그러나 여기에는 고가이고 유해한 촉매를 사용해야 할 필요가 있고, 효율성 측면에서 떨어지고 있기 때문에 큰 규모로 실시 할 수 없었다.
- 인공 시스템과 유기적 프로세스를 결합
연구팀의 카타지나 소쿠 씨는 일반 건전지가 아닌 광화학 계 II라고하는 집광 생화학 기반의 전기 화학 전지를 채용했다.
이에 따라 히드로게나아제 작동에 필요한 전압이 탄생된다. 이렇게 기능하게 된 히드로게나아제에 의해 물속에 수소가 환원되면 수소가 산소 외에도, 뽀글 뽀글 거품이 나온다.
말로하는 것은 간단하지만, 실제로 인공 시스템과 유기적 프로세스를 결합하는 것은 매우 어렵다.
연구팀의 한 사람인 어윈 라이스나 씨에 따르면, 이 성과는 "생물학적 요소와 유기 성분을 무기 소재에 결합시 다양한 난제를 극복해 실현 된 것으로, 향후 태양 에너지 변환 시스템의 개발의 가능성을 열어 줄것"이라고 한다.
물론 이것이 최종 목표는 아니다. 천연 소재와 인공 시스템의 최적의 균형을 찾는 등 저렴하고 깨끗한 재생 가능 에너지를 실현하려면 아직 연구가 더 필요하다.
게다가 수소는 저장과 수송에 과제를 안고 있기 때문에, 본격적인 수소 에너지 사회 경제의 도래는 아직 먼 이야기다.
그래도 우리가 화석 연료에 의존하고 있는만큼, 온난화가 심각하게 증가할 것이다. 어떤 일이라도 천리길도 한 걸음부터....
연구는 "Nature Energy"에 게재되었다.
