지구에서 가장 친환경적인 에너지 생산 방식이 뭘까? 바로 광합성이다. 광합성에 필요한 준비물은 물, 이산화 탄소, 그리고 햇빛(빛 에너지) 뿐이기 때문에 지구상의 모든 생명 현상 중에서도 가장 경이롭고 중요한 현상이라고 여겨진다.

이렇게 좋은 방식을 인간이 가만히 놔둘 리 없다. 자연의 지혜를 모방할 수 있을 만큼 기술이 발전한 현재, 공학 분야에서 식물의 광합성을 모방한 인공 광합성 기술은 매우 중요한 연구 주제이다. 오늘은 인공 광합성에 대한 궁금증이 생긴 당신을 위해 인공 광합성에 대해 간단하게 알아보았다.

출처 : 매일 경제

-인공 광합성의 정의-

인공 광합성에 대해 설명하기에 앞서, 광합성에 대해 아주 간략히 말해보자면 광합성은 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하기 위해 주로 식물에서 사용하는 과정으로 물, 이산화탄소, 그리고 빛 에너지를 반응물로 사용하여 식물이 살아가는 데 필요한 에너지를 생성물로서 얻는다.

인공 광합성은 이 과정을 모방하였는데 빛 에너지를 이용해 이산화탄소를 분해하여 고부가 가치의 화합물(수소, 에탄올 등등)로 바꾸는 기술로, 별도의 에너지를 사용하지 않고 기후변화를 일으키는 물질인 이산화탄소를 제거하고 유용한 물질을 생산할 수 있어 효율적인 생산 기술로 주목 받고 있다.

출처 : 네이버 블로그

-인공 광합성의 종류-

인공광합성은 햇빛을 어떻게 활용하느냐에 따라서 종류가 나누어진다. 먼저 태양 전지를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 전환한 다음 생성된 전기 에너지를 이용하여 이산화탄소를 분해시키는 방법으로 현재 가장 널리 활용되는 방법이다. 또한 빛을 전기에너지로 전환시키는 과정을 거치지 않고 빛 에너지를 직접 이용하여 이산화탄소를 전환시키는 광전기 화학 전지 활용 방식이 있다.

-인공 광합성의 원리

빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 데에는 염료 감응형 태양 전지(DSSC)를 활용한다. 염료 감응형 태양 전지는 광합성의 원리를 활용한 전지로 빛 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 역할을 하는데, 아래 그림에서 빛 에너지를 염료 감응형 태양 전지에 입사하면 먼저 광촉매인 TIO2(이산화 타이타늄)에 붙어있는 염료의 전자가 들뜨게 된다. 들뜬 전자는 광촉매 TIO2를 통해 투명 전극에서 상대 전극으로 이동하게 된다. 여기서 광촉매란 빛을 받았을 때 전기를 통하게 하는 물질로 염료에서 들뜬 전자를 전극까지 이동시켜 전기를 통하게 만들어준다. 이러한 일련의 과정들을 통해 태양 전지판에 전기가 통하게 되고, 이산화탄소 공정에 필요한 에너지를 공급해주는 에너지원이 된다.

출처 : 매일 경제

-인공 광합성의 기술적 한계-

지금까지 들어봤을 때는 인공 광합성이 아주 사기적이라고 생각할 수 있을 것이다. 하지만 아직은 여러 문제점이 존재한다. 염료를 통해 발생한 전자가 TIO2을 통해 전달되는 과정에서 손실이 발생하게 되어 효율이 매우 떨어지는 문제가 발생하는데, 이를 위해 전극의 염료 흡착 표면적을 넓히고 전자 전달 효율을 높이기 위해 나노 소재의 개발 필요성에 대한 목소리가 나오고 있다. 이외에도 태양 전지의 내구성 문제와 광촉매 관련 문제가 발생하고 있어 이를 보완하기 위한 기술 역시 요구된다.

-인공 광합성의 활용 분야(생기부 관련)-

자신이 화학 관련 분야에 관심이 있는 학생들에게 인공 광합성이라는 주제는 굉장히 매력적이라고 생각한다. 일단 인공 광합성이라는 큰 틀에서 탐구할 수 있는 범위가 굉장히 넓다고 생각한다. 예를 들어, 에너지 분야에 관심이 있는 학생은 전기 에너지 변환에 사용되는 태양 전지에 대한 탐구를 진행하고 신소재나 화학 공학에 관심이 있는 학생은 광촉매와 인공 광합성에 사용되는 소재 관련 주제에 대한 탐구를 진행 할 수도 있다. 또한 교과목(물리, 화학 등등..)과의 연계성이 뛰어나다고 생각해서 혹시 탐구 주제 탐색 과정에 어려움을 겪는 친구들에게 추천하고 싶은 주제이다.

인공 광합성에 대해 알아보았다. 아직 상용화 단계에 이르기에는 많은 과정을 더 거쳐야 하지만 상용화가 된다면 청정 에너지원에 대한 전 세계의 갈증을 해소할 에너지원이 될 것이라고 생각한다. 광합성을 인간의 기술로 모방한 것처럼, 자연에서 현재 과학 기술의 문제를 해결할 실마리를 찾아보는 것은 어떨까?

펜타닐, 어디선가 한번쯤 들어본 약물이다. 최근 2년 사이에 미국뿐만 아니라 전 세계를 강타한 마약성 진통제 펜타닐은 좀비 마약이라고 불리며 그 피해가 심각한 상황이다. 이미 미국 내에서는 사망원인 1위가 되었고, 우리나라 역시 펜타닐 중독 사건이 언론에 보도될 정도로 확산되었다. 좀비 마약 펜타닐, 어떻게 우리 몸을 망가뜨리는 걸까?

1. 펜타닐이란

펜타닐은 1959년 벨기에의 화학자 폴 얀센이 최초로 합성한 마약성 진통제로, 주로 통증 조절을 위해 말기 암 등 중증질환 환자에게 투여되는 진통제이지만 2010년대부터 미국에서는 마약으로 오용되어 사용되고 있다. 그렇다면 효능은 어떨까? 다른 진통제와 비교하자면 모르핀의 200배, 헤로인의 100배일 정도로 더 강력한 효능을 가지고 있어 소량이라도 잘못 투여된다면 인체에 치명적일 수도 있다. 위험성이 매우 크기 때문에 현재는 주로 패치나 가루 형태로 유통되고 있는데 휴대성이 좋고 다른 마약에 비해 훨씬 저렴하며 사용법도 간단하기 때문에 민간에 활발히 유통되고 있다.

2. 펜타닐이 사람을 망가뜨리는 법

사실 본래 마약성 진통제의 목적은 환자들의 고통을 줄여주기 위한 것이다. 우리 뇌는 통증을 느낄 때 신경 전달 물질을 통해 통증을 인지한다. 마약성 진통제는 이 자극을 전달하는 신경 전달 물질의 분비를 억제하면서 진통 효과를 나타내는데 이를 지속해서 과다하게 복용할 경우 신경의 신호 전달을 차단하고 인체의 호흡기능이 중단되어 질식해 식물인간이 되거나 사망까지 이를 수 있다는 치명적인 위험성이 있다.

하지만 펜타닐의 진짜 무서움은 바로 내성과 탐닉성이다. 내성이란, 약물의 반복적인 사용에 의해 약효가 저하되는 현상으로 이전과 동일한 양을 투여하여도 약효가 나타나지 않거나 적게 나타나는 것을 의미한다. 탐닉성은 신체적 의존과 더불어 습관화가 일어나며 이후 정신적 의존 상태가 되어 중독에 빠지게 되는 현상이다. 이를 종합해보면 펜타닐을 투여할수록 인체는 더욱 많은 양의 펜타닐을 필요로 하고 끊어보려고 해도 이미 마약에 정신적으로 중독되어 영원히 빠져나올 수 없는 굴레에 갇히게 되는 것이다.

기적적으로 펜타닐을 끊으려고 시도해도 문제는 더욱 심각하다. 약을 복용하는 것을 멈추어도 신경이 망가질 대로 망가져 뼈의 마디마디가 다 부서지고 피부를 기름에 튀기는 듯하며 배가 뒤틀리는 듯한 통증이 금단 현상으로 찾아오게 된다. 복용자 입장에서는 이 약을 하지 않고서는 일상생활이 불가능하게 된 상황인 것이다.

3. 펜타닐의 부작용

펜타닐을 복용하면 어떻게 될까? 아마 아래와 같은 사진을 많이 떠올렸을 것이다. 이는 신경 전달 물질 중 하나인 도파민이 과도하게 분비됐다가 억제되는 것을 반복하며 근육의 수축과 이완이 되지 않아 근육이 강직되는 현상으로 펜타닐 복용 직후 나타나는 반응이다. 이외에도 펜타닐은 구토와 설사 등을 유발하는데 하루에 30번이 넘는 구토로 인해 위액에 치아가 다 녹아 내려 이빨이 없어지고 조현병에 걸려 일상생활 자체가 불가능한 경우도 허다하다.

지금까지 펜타닐에 대해 알아봤다. 펜타닐은 궁금하다는 말과 함께 접하는 순간 인생이 망한다고 보면 될 정도로 중독성과 위험성이 아주 강한 마약이다. 순간의 쾌락은 고통으로 이어지고 고통을 무뎌지도록 하기 위해 더 큰 쾌락을 원하는 악순환에 빠지게 되는 것이다. 하지만 마약은 알맹이 없는 쾌락이라는 것을 명심하길 바란다.