"시금치 추출물로 전력 생산"..소형 전자계산기 구동

류원형 연세대 교수팀, '식물 광합성 전지' 개발
틸라코이드, 루테늄 산화물로 전극 만들어 제작
광합성 에너지 수확 실용화 가능성 제시한 결과

류원형 연세대 교수 연구팀은 시금치 추출물인 틸라코이드와 루테늄 산화물 전극을 통해 식물 광합성을 전기에너지로 생산할 수 있는 '식물 광합성 전지'를 개발했다. 연구재단 제공

류원형 연세대 교수 연구팀이 개발한 '식물 광합성 전지'들을 병렬과 직렬로 연결해 생산된 광합성 에너지로 소형계산기가 구동되고 있다. 연구재단 제공

국내 연구진이 시금치 추출물에서 전기에너지를 생산하는 데 성공했다. 식물 광합성을 이용해 전기에너지를 생산해 소형 전자계산기를 구동시킨 것으로, 향후 '광합성 에너지 수확'의 실용화 가능성을 보여준 점에서 주목된다.

한국연구재단은 류원형·황성주 연세대 교수, 홍현욱 연세대 박사 연구팀이 시금치에서 추출한 틸라코이드와 루테늄 산화물으로 제작한 '식물 광합성 전지'를 개발했다고 19일 밝혔다.

식물은 빛을 흡수하고, 물을 분해하는 광합성 과정을 통해 수소이온과 산소, 높은 에너지를 지닌 광합성 전자를 만든다. 특히 엽록체에 존재하는 광복합체인 '틸라코이드'에 빛과 물만 공급하면 광합성 전자가 생겨 전지로 활용하기 위한 연구가 진행돼 왔다.

하지만, 이 과정에서 에너지 손실을 최소화하면서 광합성 전자를 전극으로 추출하는 것이 필요한 데, 음극을 띠는 틸라코이드를 같은 음극인 금속 전극과 부착해 광합성 전자를 얻기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 틸라코이드와 종이처럼 얇은 2차원 나노시크 형태의 루테늄 산화물 전극을 제작해 식물 광합성 전지를 개발했다. 루테늄 산화물은 틸라코이드는 전도성이 뛰어나고, 표면의 수소이온 흡·탈착을 통해 많은 양의 전자를 저장할 수 있어 에너지 저장장치 등에 쓰이고 있다.

연구팀이 개발한 식물 광합성 전지는 루테늄 산화물 전극에 틸라코이드를 부착한 음극(광합성 전자 추출)과 백금 촉매가 함유된 탄소전극인 양극으로 구성됐다. 이 전지는 음극 기준 1㎠의 면적에서 광합성이 진행될 때 개방회로전압 약 420㎷, 최대 전력 0.74㎼로 측정됐다.

연구팀은 나아가 시금치에서 분리한 틸라코이드를 루테늄 산화물 나노시트 전극으로 연결한 광합성 전지 4개를 직렬로 연결해 소형계산기를 구동시켰다.

류원형 연세대 교수는 "식물체 안에서 탄수화물 합성을 위한 에너지원으로 쓰이는 광합성 전자를 전기에너지원으로 활용할 수 있는 실마를 보여준 연구결과"라며 "틸라코이드는 녹조현상의 주범인 녹조류에서 추출할 수 있어 환경문제 해결에도 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시드(지난 12일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr