정보출처 닛케이산업신문
출판날짜 2001년 06월 28일
색소가 모은 빛을 기초로 생산된 전기 에너지는 물을 산소와 수소로 분해한다. 일련의 광합성 구조를
모방해서, 연구자는 고효율의 광전변환소자와 수소 생산기술 등 인공광합성의 시스템을 지향하고 있다.
참신한 아이디어가 열쇠이다.
▷ 항원항체반응 이용
오오사카대학 대학원 이학연구과 교수 하라타(51)는 인공광합성 분자의 개발에 열심이다. 식물 등에서는
색소 등 주변을 단백질이 둘러싼 광합성에 관여하는 분자가 빛을 받아서 전기에너지를 산출한다.
하라타는 인공 색소와 전자를 받아들이기 쉬운 물질을 하나로 묶는 최적의 단백질을 손에 넣기 위해
생물의 항원항체반응을 이용했다.
항체는 생체 내에 침입한 바이러스 등 외부적 요인을 배제하는 단백질이다. 하라타는 합성된 색소를
전자를 받아들이기 쉬운 물질과 하나로 결합해서 쥐의 몸에 주입해서 항체를 생체 내에서 만들게 했다.
하라타는 발생한 다양한 항체 중에서 색소에 가장 강하게 결합하는 항체를 선정해, 배양했다.
하라타는 "화학의 분자설계로는 도저히 생각할 수 없는 생물에서 우연하게 유효한 물질이 생성된다.
이를 보며 자연은 역시 잘 조화되어 있구나 하고 감동했다"고 말했다. 색소 등을 단백질로 묶는 것은
전자의 역류를 방지하고 안정화시키기 위함이다. 현재 그는 전자를 보다 받아들이기 쉬운 물질을
사용해서 새로운 항체 만들기에 열심이다. "앞으로 1, 2년에 완성할 것 같다"며 그는 자신감을 보였다.
▷ 전도성 물질과 혼합
오오사카 부립대학 첨단과학연구소 교수인 우에하라(60)는 다양한 유형의 유기 태양전지 만들기에 힘을
쏟고 있다. 그는 고분자화학의 연구분야 중 하나로 전도성 플라스틱을 취급하고 있는 것을 살려, 이
플라스틱에 색소를 섞은 박막을 제작해, 고체의 유기태양전지를 만들었다. 색소의 분자와 전자를
받아들이는 분자를 연결한 분자 그 자체가 미소한 전지가 되는 것도 실험을 통해 확인됐다.
분자 수준의 연구를 진행함으로써, 미소한 광전변환소자를 만드는 신 분야가 열릴 것으로 기대되고
있다. "유기분자를 사용한 체내에 친숙한 매몰형 컴퓨터도 만들 수 있을지도 모르겠다"며 그는 커다란
꿈을 그린다. 그는 광합성 생물 그 자체의 기능분석에도 힘을 쏟고 있다. 그는 녹색 유황 광합성 세균에
주목해, 수면에 생식하는 유형과 수면 수 십~수 백 미터 아래에 생식하는 유형 사이에 색소의 구조가
다른 것을 규명했다.
색소는 빛을 모을 뿐만 아니라, 때로는 선글라스처럼 빛의 일부를 차단하는 작용이 있는 것은 아닌가
하고 그는 생각했다. 그는 이를 어두울 때에는 효율 좋게 빛을 모으고, 너무 밝으면 빛을 지나치게
모으지 않는 내구성이 뛰어난 태양전지를 만드는데 연결시키려고 하고 있다. "number one이 아닌 only
one의 연구를 지향한다"고 그는 의지를 보였다.
▷ 광촉매 사용해서 분해
동경이과대학 이학부 조교수인 구토우(40)는 빛을 사용해서 물을 분해하는 연구에 힘을 쓰고 있다.
구토우는 광촉매를 사용해서 물을 산소와 수소로 분해하는 도전을 계속하고 있다. 지난 1972년에 물을
빛으로 분해하는 혼다·후지가모 효과가 발견되고 나서 광촉매에 대한 연구가 왕성해졌지만, 유망한
촉매가 발견되지 않아 연구를 단념한 연구자도 많다.
"현재 광촉매를 사용해서 인공광합성에 매진하고 있는 것은 스스로 유효한 촉매를 발견한 연구자
뿐"이라고 그는 말했다.
구토우는 금속 원소 탄탈의 산화물이 광촉매로서 유용하다는 것을 지난 98년에 발견했다. 이 산화물을
촉매로 사용해서, 물에 자외광을 비추면 수소가 발생했다. 흡수한 빛 중에서 에너지로 변환할 수 있는
효율은 50%로 높다.
그는 가시광을 비추는 것만으로 물에서 충분한 수소를 만들어냈다. "그런 재료가 있어도 이상하지는
않다"며 구토우는 잘라 말했다. 초전도와 같이 지금까지의 상식으로서는 생각할 수 없었던 현상이
현실로 되는 예는 드물지 않다. "재료에는 감춰진 보물이 있다. 앞으로는 연구자가 경험을 통해
무의식적으로 생긴 감을 통해서 발견될 것"이라고 그는 말했다.
"빛을 비추어 물에서 수소와 산소를 꺼내는 것은 화학자의 커다란 꿈"이라고 그는 말했다. 구토우는
꿈을 실현하고자 유력한 촉매를 찾고 있다.
온난화와 환경오염은 더욱 심각한 문제가 되고 있다. 석유, 석탄이라고 하는 현재 주력 화석연료에서
클린 에너지로의 전환이 요구되고 있는 가운데 인공광합성의 연구는 중요성이 증가하고 있다. 순수한
탐구심뿐만 아니라 사회적 요청이 연구자들의 연구의욕을 부채질하고 있다