직렬 연결된 광합성 전지의 개략도/홍현욱 박사후연구원 제공

연세대 류원형·황성주 교수와 홍현욱 박사후 연구원, 호주 뉴캐슬대 이장미 박사후 연구원이 시금치 추출물을 이용한 식물 광합성 전지를 개발했다.
광합성 전지는 빛과 물만 있으면 광합성을 통해 전기를 생산할 수 있는 에너지 수확 장치다.
연구팀은 소형 전자계산기를 작동시키는데 성공해 식물체 안에서 탄수화물 합성을 위한 에너지원으로 쓰이는 광합성 전자를 전기에너지원으로 활용할 수 있는 토대를 만들었다.
또 녹조현상의 주범인 녹조류에서 추출할 수 있어 환경문제를 해결하고, 녹조류를 자원으로 이용하는데 기여할 것으로 전망되고 있다.

기존 금속전극보다 광합성 전자 추출을 향상시킨 광합성 전지의 전기 발전 모식도/홍현욱 박사후연구원 제공

연구팀은 합성된 층상구조의 나트륨 루테늄 산화물을 벗겨내 단일층의 루테늄 산화물 나노시트를 만든 뒤 금 전극 표면에 코팅했다.
여기에 분쇄한 시금치 잎을 원심분리로 정제해 틸라코이드를 추출하고 이를 전극 위에 일정한 양으로 발라 광합성 전지를 완성했다.
개발된 식물 광합성 전지는 음극 기준 1㎠의 면적에서 광합성이 진행될 때 개방회로전압 약 420㎷, 최대 단락 전류 8.84㎂, 최대전력 0.74㎼로 측정됐다.
2개전지를 병렬 연결해 전류를 증가시킨 후 이를 다시 4개의 직렬로 연결해 전압을 증가시킨 결과 소형계산기가 작동했다.

연구팀이 만든 광합성 전지 8개를 연결한 뒤 빛을 쪼여 광합성 에너지로 전기를 만들어 소형계산기를 작동시키는 모습/홍현욱 박사후연구원 제공

류원형 교수는 “시금치에서 뽑아낸 틸라코이드는 매년 여름 문제가 되는 녹조현상의 주범인 녹조류에서 추출할 수 있어 환경문제를 해결하고, 녹조류를 자원으로 이용하는데 기여할 수 있을 것”이라고 전망했다.
다만 “광합성 전지를 실용화하기 위해서는 값비싼 귀금속 루테늄을 대체할 물질을 찾고, 광합성 복합체인 틸라코이드의 안정성을 더 향상시켜야 한다”고 밝혔다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 12일 게재됐다.

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