지난 100년 간 화석연료 사용의 급증은 지구 대기 중의 이산화탄소 농도를 40% 넘게 증가시켰다. 같은 기간 지표면의 온도는 1.0~3.5℃로 상승하며 지구온난화에 따른 자연재해와 생태계 교란은 점점 더 심각해지고 있다.

이에 따라 오염물질 배출을 줄이기 위한 국제사회의 협력이 활발해지고 있는 가운데 단순 저감을 넘어 이산화탄소를 아예 친환경 자원으로 탈바꿈시키려는 움직임도 주목을 받고 있다. 고려대 연구소가 집중하고 있는 ‘인공광합성’은 이런 패러다임 시프트를 가능하게 하는 핵심기술이다.

인공광합성은 지구상의 생명현상 가운데서도 가장 경이롭고 신비한 식물의 광합성을 모방하는 것이다. 식물은 광합성을 통해 스스로 에너지를 만드는 지구상의 유일한 생물이자 먹이사슬의 가장 아래에서 자연생태계 전체를 지탱하는 강력한 에너지 공급원이기도 하다. 또한 이산화탄소를 연료로 소비하기 때문에 대기오염을 막는 것은 물론 부산물로 깨끗한 물과 산소까지 내놓는다.

고려대 연구소가 특히 중점을 두고 있는 분야는 인공광합성의 열쇠인 고효율 태양광 포집과 광촉매 기술 개발이다. 이산화탄소는 구조적으로 매우 안정된 상태여서 다른 물질로 전환이 쉽지 않다. 자연계에는 NADPH라는 천연의 광촉매가 존재한다. 이를 이용한 식물의 이산화탄소 전환효율은 1%대로 그리 높지 않은 수준이다. 인공광합성 기술이 경제성을 갖추려면 10% 수준의 촉매시스템 개발이 필요하다.

지난 2007년 설립된 연구소는 대덕연구단지와 오송·오창과학단지 등 세계적 수준의 산업 클러스터의 한가운데서 OLED 디스플레이와 태양전지, 3D홀로그래피 등 국가전략산업의 핵심기술들을 개발하고 실용화하는 데 기여해왔다.

이렇게 오랜 기간 특성화된 광전자 에너지 분야의 연구력을 기반으로 2014년 한국연구재단 이공분야 대학중점연구소 지원 사업에 선정됐다.

현재 연구소가 가장 심혈을 기울이고 있는 것은 이산화탄소의 에너지 전환과 저장기술 개발. 태양광의 효과적인 포집부터 이산화탄소를 합성연료로 전환하는 광촉매까지 탄소재생사이클 전반의 원천기술 확보란 큰 목표를 갖게 된 연구소는 자체적으로 고가의 분광분석장비와 클린룸을 갖춘 초고속분광학연구실까지 마련했다.

광촉매 분야의 손호진 교수팀은 2015년 고효율 집광소재와 광촉매를 반도체 물질과 합체한 ‘유·무기 하이브리드 광촉매’를 개발한 바 있다. 이어 올해 초에는 가시광선 중 파장이 길고 에너지가 낮아 태양광 발전에서 버려지던 적색 빛까지 잘 흡수할 수 있는 광촉매를 개발하며 국제 과학계의 이목을 끌었다.

기초연구뿐만 아니라 산업 활용 분야도 연구소의 큰 관심사다. 연구소 산하 에너지제로조명센터의 이승준 교수는 연구소가 배출하는 융합연구 성과를 실용화로 연결하는 역할을 맡고 있다.

강 소장은 “온실가스 배출권 거래와 탄소포인트 제도 등이 본격화되며 우리를 향한 관심이 중앙·지방정부와 산업계를 가릴 것 없이 더욱 높아지고 있는 것을 실감한다.”면서 “정직한 연구와 실용적인 기술개발을 통해 고려대 광전자신소재연구소가 한국은 물론 세계인 모두에게 희망이 되는 인공광합성 연구의 중심으로 우뚝 설 수 있도록 노력할 것”이라는 포부를 밝히고 있다.