KRICT 한국화학연구원

 - 11월 27일(목) 11시 울산 롯데호텔에서 지역 중소기업 사업성과 발표회 개최
 - 울산 및 동남권 지역 화학산업 지원 성과 및 향후 계획 소개

□ 한국화학연구원(원장 이영국)은 울산 및 동남권 지역 중소기업과 협력한 성과를 공유하기 위해, 11월 27일 11시 울산 롯데호텔에서「2025 화학연-지역 중소기업 기술협력 성과 공유 및 간담회」를 개최했다. 

  ㅇ 이번 성과 발표회에는 화학연 정밀·바이오화학연구본부 연구자와  동남권지역 중소기업 관계자 등 40여 명의 전문가가 참석하였으며, 1부 성과발표 및 향후 추진계획 소개에 이어 2부 간담회로 진행됐다. 

  ㅇ 화학연은 미래 모빌리티용 정밀화학소재 실용화사업, 울산시-화학연 정밀화학 기술협력사업 및 산업통상자원부 자동차산업기술개발사업 등을 통해 울산·동남권 지역 중소기업과의 협력에 힘쓰고 있다.

□ 그 중 미래모빌리티용 정밀화학소재 실용화사업은 화학연 보유 특허를 지역 중소화학기업에 기술이전하여 제품개발 및 실증화에 활용할 수 있도록 지원하는 사업이다. 올해는 세계화학공업㈜, 에이스앤이㈜, ㈜지티알앤알 3개 기업에 기술을 이전하며 사업화에 매진하고 있다.

  ㅇ 세계화학공업㈜은 화학연 정유진 박사팀의 친환경 계면활성제 기술을 이전받아 자동차 내·외장재용 보호 테이프 제품 제조 공정에 적용하여 실증 테스트에 성공하였다. 

  ㅇ 정유진 박사는 환경규제 대응형 반응성 특수 계면활성제가 건축, 철강, 조선, 자동차 분야의 저탄소 친환경 보호필름용 점착제 핵심 소재로 적용돼 실제 산업 기술 개발에 기여한 것에 큰 자부심을 느낀다며, 지속적인 친환경 소재 연구에 힘쓰겠다고 포부를 밝혔다.

  ㅇ 세계화학공업㈜ 안창덕 대표이사는 화학연과 기술이전을 통해 글로벌 환경규제와 고품질 필름 수요 증가에 대응하는 동시에, 친환경 보호필름 시장 경쟁력 확보를 위한 지속적인 공동연구를 약속했다.

<[사진 3] 세계화학공업 안창덕 대표이사가 발언하고 있다.>

  ㅇ 또한 에이스앤이㈜는 바이오매스 기반의 친환경 아크릴 접착제 이전 성과와 실증화 계획을, ㈜지티알앤알은 화학연의 전기자동차 전해질용 기능성 첨가제 제조 특허를 활용한 실증 계획을 발표했다.

□ 그리고 울산시 - 화학연 기술협력사업은 2006년 이래 20년째 시행되고 있는 대표적 지역산업 진흥 협력사업으로 양 기관이 공동으로 재원을 부담하여 화학연과 울산지역 중소기업이 공동연구를 수행함으로써 유망기술의 개발 및 사업화를 지원하는 사업이다.  

  ㅇ 기술협력사업에 참여한 ㈜엠티지는 올해 신규 선정되어 화학연과 공동연구 수행한 결과, 조선해양 분야 접착실링소재 매출 2배 증가 및 신규 연구인력 고용 등의 성과를 거두었다고 밝혔다. 그리고 ㈜에스에이치아이엔티는 바이오매스를 활용한 고내열 탄소순환형 미래차 부품용 복합소재 기술 개발 성과와 향후 추진계획을 소개했다.

□ 한편, 화학연은 울산지역 산업 혁신 역량을 강화하기 위해 2012년 3월 출연연 최초로 울산 지역조직인 그린정밀화학연구센터를 개소했다. 이어 울산 화학산업의 신산업 전환을 선도하고자 2016년 바이오화학실용화센터를 개소한 바 있다. 두 센터는 2020년 이래 국가연구개발 우수성과 100선에 3차례 선정*되며 지역 화학산업의 싱크탱크로서 두각을 드러내고 있다.
      * 입김을 불면 색이 변해 상품의 위변조를 방지할 수 있는 카멜레온 필름 기술(2020), 비닐봉투용 고강도 생분해성 플라스틱 제조 기술(2020), 인공세포 속에 있는 바이오산업 원료를 원하는 대로 추출하는 신개념 합성생물학 기반 기술(2023)

□ 서봉국 화학연 정밀·바이오화학연구본부장(울산 본부장)은 “화학연이 울산을 포함한 동남권지역 화학 산업계를 육성·지원한 성과를 되돌아보고, 기술협력에 대한 지역 중소기업의 다양한 의견을 청취했다.”며, “지역 석유화학산업의 위기를 수요 밀착형 고부가 정밀화학소재와 저탄소형 바이오화학소재 연구개발로 극복해나가는 계기로 삼고 기술 혁신의 동력을 계속 이어나가겠다.”고 말했다.

<[사진 2] 서봉국 화학연 정밀바이오화학연구본부장이 환영사를 하고 있다.>

 - ▲친환경 모빌리티 연료전지 막가습기 분야, ▲LNG 선박 단열재 재활용 기술 분야, ▲친환경 극저온 반도체용 냉매 분야 등 3개 컨소시엄 추가 입주 및 장비 구축 통해 실증 연구 본격 지원
 - 화학연-공급기업의 상용화 공동 연구 통해 수요기업 필요 제품 연결하는 공급망 구축 가교 역할 기대

□ 한국화학연구원(원장 이영국)에서 올해 3월 개관한 ‘화학소재부품 상생기술협력센터’에 화학연·수요기업·공급기업이 합쳐진 컨소시엄 3개가 새롭게 입주했다. 상반기 입주했던 기존 1차 컨소시엄 3개에 이어 모든 공급기업의 입주와 실증을 위한 장비 구축이 완료됨에 따라, 앞으로 본격적인 상용화 연구가 추진될 것으로 기대된다.

<[그림 2] 입주기업에 배정된 상생형 연구공간 내부>

□ ‘상생기술협력센터’는 올해 초 대전 유성구 화학연에 구축된 연구·산업 협력 허브로 국가 소재·부품 핵심기술 자립화를 목표로 건립되었다. 

<[그림 1]_화학소재부품 상생기술협력센터 외부 전경>

  ㅇ 화학연과 공급기업은 수요기업에서 실제로 필요한 기술·제품을 공동 개발한다. 기존의 3개 컨소시엄은 2층의 상생형 연구공간에 입주해 있었고, 이번에는 3층에 추가로 3개의 신규 컨소시엄이 들어섰다.

<[그림 3] 화학소재부품 상생기술협력센터 입주 컨소시엄 현황>

□ ▲㈜워터트리네즈는 화학연 김인철 박사가 창업한 친환경 수처리 전문기업으로서, 화학연 박재성 박사팀과 함께 ‘친환경 모빌리티용 연료전지 시스템의 중공사 막가습기’의 소재 개발을 추진한다. 연료전지에는 전기를 생산할 때 쓰이는 이온전도성 전해질막(PEM) 외에도 효율·내구성을 높이기 위한 ‘수분공급막’이 있는데, 기존 상용막을 대체할 수 있는 친환경적·경제적인 셀룰로오스 소재 수분공급막을 개발할 계획이다.

<[그림 6] 화학연 양은목 박사후연구원이 완성된 중공사막을 보여주고 있다>

  ㅇ 해당 컨소시엄의 수요기업인 ㈜디에스필터는 대기업과의 MOU를 통해 최종 수요처를 확보한 상태이다. ㈜워터트리네즈는 2027년 수소 선박용 연료전지 시스템 양산 공동 실증 대응과 선박용 연료전지 시스템 효율 향상에 박차를 가할 예정이다.

□ 폴리우레탄 재활용 기술 개발 전문기업인 ▲㈜리피유는 ‘LNG 선박의  폐단열재(유리섬유 강화 폴리우레탄) 기반 재생 폴리올 제조 해중합 공정 및 신소재 개발’을 추진한다. LNG 선박의 가스 탱크 저온 유지용으로 사용 후 매립되던 폐단열재를 재활용하는 기술로서, 국제해사기구(IMO)의 선박 탄소배출 규제를 선제적으로 대응한다.

  ㅇ ㈜리피유는 본 컨소시엄에 함께하는 화학연 조정모 박사팀 및 수요기업인 ㈜우조하이텍과 함께 저온 해중합기술 개발로 기존 고온 글라이콜리시스 공정의 한계를 극복할 계획이다. 이 기술은 LNG 선박 외 건축, 가전, 자동차, 배관 플랜트 단열재 등 다양한 산업에도 적용이 가능할 것으로 기대되고 있다.

□ 산업용 가스·냉매 제조 전문기업 ▲퓨어만㈜은 화학연 이상구 박사팀과 함께 ‘극저온 반도체 공정용 냉매 HFE—7500 제조 기술’ 개발을 추진한다. 특히 글로벌 공급망 이슈와 기존 냉매의 사용제한에 따라, 대기 방출 시 온난화 지수가 낮은 ‘Low GWP 냉매’로의 전환을 위해 반도체 장비 제조 전문기업인 ㈜피케이아이와 실증을 추진할 예정이다.

  ㅇ 이 컨소시엄은 해당 연구의 핵심 기술인 ECF(Electro Chemical Fluorination, 전기 화학 불소화)* 기술 개발과 공정 최적화를 통해 반도체 생산 시장의 글로벌 이슈에 대응하고 친환경 냉매 대체로 공급망 확보에 앞장설 계획이다.
      * 화합물의 수소 원자를 불소(F)로 바꾸는 기술로서, 의약품, 불소계 용제, 불소계 계면활성제, 냉매 등 다양한 산업에서 핵심적으로 사용되는 불소화 공정

□ 화학연 이영국 원장은 “국가 화학산업 발전을 위해서는 수요 - 공급기업 등과의 협력 네트워크 구축을 통한 기술혁신과 소재·부품 국산화 선행이 필수적”이라며 “상생기술협력센터 입주기업이 소재·부품 기술혁신과 제품개발에 역량을 쏟을 수 있도록 아낌없이 지원하겠다”고 밝혔다.

 - 기존 비 불소계 가스켓의 한계점(가스 누설·내구성) 개선
 - 소량(0.5 wt%) 첨가만으로 가스켓 밀폐 성능 향상 (수소 누출 H2 투과 42~56%↓, 강성 32~97%↑)
 - 연료전지(PEMFC), 양·음이온 교환막 수전해(PEMWE·AEMWE) 상용 가스켓 성능 동등 이상, 조기 실증 기대

□ 국내 연구진이 연료전지 및 수전해 스택의 내구성과 폭발 안전성에 직접적인 영향을 미치는 가스켓의 안전성과 효율성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.

<[그림 6] 연구 결과물(왼쪽부터 시계방향으로, 완성된 스택, 질화붕소 나노플레이크(BNNF), BNNF 첨가 가스켓>

  ㅇ 한국화학연구원(원장 이영국) 오근환 박사 연구팀이 2차원 질화붕소 나노플레이크(BNNF)를 기능화하여, 실리콘과 합성고무(EPDM) 기반의 실링 가스켓에 적용함으로써 기계적 강도, 수소 차단 성능, 화학적 및 열적 안정성을 동시에 높인 나노복합체 기술을 개발했다.

<[그림 7] 연구팀이 완성된 BNNF 첨가 가스켓 복합체를 보여주고 있다>

□ 연료전지와 수전해 장치에서는 연료, 산소, 냉각수 등이 셀 내부를 순환하는데, 내부 밀폐용 가스켓의 성능이 저하되면 시스템 효율이 떨어지고 심각한 안전사고로 이어질 수 있다.

  ㅇ기존의 불소계 및 실리콘 가스켓은 우수한 성능에도 불구하고 높은 가격과 PFAS 등 환경 규제로 활용에 제약이 있었으며, 반면 실리콘과 EPDM 소재는 가격 경쟁력과 가공성은 뛰어나지만 수소 차단성과 내화학성이 부족한 한계가 있었다.

□ 연구팀은 파이렌메틸 메타크릴레이트(1-PMA)를 이용해 BNNF를 기능화함으로써 고분자 사슬과 C-C 결합을 형성하고, 소재 내부에 조밀한 네트워크 구조를 구축했다. 이를 통해 수소 분자의 투과를 효과적으로 차단하는 ‘미로 효과’를 극대화하고, 고온 및 가혹한 환경에서도 구조적 안정성을 유지하도록 했다.

<[그림 1] 기능화를 통한 질화붕소(BN)의 개질 및 나노첨가제-고분자 복합체 개발>

<[그림 2] 성공적으로 개질 된 질화붕소-나노플레이크 첨가제>

  ㅇ 연구팀은 단 0.5 wt%(웨이트퍼센트, 전체 무게 중 0.5%)의 BNNF 첨가만으로도 영률과 수소 투과율 측면에서 가시적인 성능 향상을 이끌어냈다. “영률” 값이 높을수록 그 소재는 딱딱해서, 가스켓이 압력에 눌려도 모양이 잘 유지되어 밀폐 성능이 높아지는 지표로 쓰인다. 수소 투과율은 낮을수록 기체 누출을 막는 지표로 쓰인다.

  ㅇ BNNF 첨가 시 EPDM 복합체는 영률 32.1% 증가와 수소 투과율 55.7% 감소를 이뤘으며, 실리콘 복합체도 영률 96.6% 향상, 기체 투과율 42.7% 감소 등 밀폐 성능이 향상됐다. 또한 내화학성 평가에서 225시간 동안 산성 및 알칼리 조건에 노출해도 EPDM 복합체는 각각 6.6%와 3.8%, 실리콘 복합체는 0.2%와 2.1%의 질량 손실만을 보여 우수한 안정성을 입증했다.

<[그림 3] 나노첨가제 도입에 따른 고분자 복합체의 향상된 물성>

  ㅇ 단전지 평가에서도 상용 가스켓과 동등하거나 일부 조건에서는 이를 능가하는 전류밀도를 기록했다. 특히 PEMFC 내부 압력이 균일하게 분포되어 전극 간 접촉 저항이 감소하는 효과가 관찰되었으며, 이는 1-PMA로 기능화된 BNNF가 균일하게 분산되어 ‘미로 효과’를 형성하고 C-C 가교 구조를 통해 안정성을 강화한 결과로 분석됐다.

<[그림 4] 나노첨가제 도입에 따른 고분자 복합체형 가스켓의 향상된 성능 및 내구성>

  ㅇ 결과적으로이번 기술은 단순한 기계적 강도 향상을 넘어 차단성, 내화학성, 전기화학적 성능을 모두 개선하며, 수소 생산, 저장, 활용 등 전 주기에 걸쳐 비불소계 가스켓의 대체 가능성을 제시했다.

□ 연구팀은 현재 조기 실증과 기술이전을 추진하고 있으며, 향후 수소전기차, 발전용 스택, 대형 수전해 설비 등 다양한 현장 적용이 가능할 것으로 기대된다.

  ㅇ 연구팀은 ”이번 연구를 통해 수입 의존도가 높은 실리콘계 가스켓의 국산화 기반을 마련했다“고 밝혔으며, 이영국 화학연 원장은 ”환경 규제에 대응 가능한 비불소계 대체 소재를 확보함으로써 비용 절감과 안전성 강화를 동시에 실현할 것“이라고 기대를 전했다.

  ㅇ 이번 연구 성과는 재료·화학 분야 국제학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials(IF : 21.8) 2025년 10월호 논문으로 게재되었다. 이번 연구는 화학연 오근환 박사와 인하대 강홍석 교수가 교신저자로, 최원종 화학연 학생연구원이 1저자로 참여했다.

  ㅇ 이번 연구는 화학연 기본사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 그린수소기술자립프로젝트의 지원으로 수행되었다.

 - 기존 세포 스페로이드(복합체)의 불균일 분화·세포 사멸 한계 
 - 나노입자 융합 줄기세포 스페로이드로 뼈 재생률 1.3배 향상
 - 골손상 치료, 조직재생 플랫폼, 신약개발 평가모델 기대

□ 국내 연구진이 나노입자와 줄기세포를 결합해 3차원 뼈 조직 재생을 크게 개선하는 기술을 개발했다. 이는 골절이나 뼈 손상 환자의 치료뿐 아니라 차세대 조직재생 의학 분야에 중요한 전환점을 제시한다.

  ㅇ 한국화학연구원(원장 이영국) 김기영 박사, 선문대학교(총장 문성제) 하미진 교수 공동 연구팀은 인체 지방유래 줄기세포(hADMSC)와 다공성 실리카 나노입자(mSiO₂)를 결합해 ‘나노 바이오 하이브리드 세포’를 제작, 뼈 형성 능력을 높이는 데 성공했다.

□ 줄기세포를 활용한 3차원 세포 집합체(스페로이드, 오가노이드 등)는 장기나 조직을 모사하는 데 활용되어 왔다. 

  ㅇ 하지만 내부에 영양·산소 공급이 부족해 세포가 죽거나, 균일하게 뼈로 분화되지 못하는 문제가 있었다. 이러한 한계 때문에 실제 뼈 재생 치료나 약물 평가에 적용하기 어려웠다.

□ 연구팀은 줄기세포 표면에 나노입자를 고르게 부착해 세포들이 서로 얽혀 안정적인 구형 구조를 형성하도록 유도했다. 

<[그림 2] 연구팀이 만든 다공성 나노입자>

  ㅇ 나노입자는 줄기세포 사이에서 ‘지지대’와 ‘뼈 형성 촉진제’ 역할을 동시에 한다. 나노입자가 지지체 역할 뿐만 아니라 뼈 형성을 촉진하는 신호물질을 싣고 서서히 방출하며, 줄기세포가 원하는 방향으로 균일하게 분화되도록 유도하는 것이다. 마치 ‘영양제 캡슐’을 등에 짊어진 세포들이 스스로 뼈로 변신하는 것과 같다.

<[그림 3] 연구팀이 나노입자-줄기세포 복합체를 합성하고 있다>

  ㅇ 이는 골절 환자의 회복 기간을 단축시키고, 고령화 사회에서 증가하는 골다공증·치매성 골손상 치료에도 활용 가능성을 보여준다.

  ㅇ 실험 결과, 나노입자-줄기세포 스페로이드는 기존 방식보다 세포 생존율이 높고, 뼈세포로 균일하게 분화했다. 특히 쥐 두개골 결손 모델에 이식했을 때, 6주 만에 결손 부위의 36%가 새 뼈로 채워져 세포만으로 구성된 스페로이드 대비 약 1.3배 높은 재생률을 보였다.

<[그림 1] 나노입자-직조 줄기세포 기반 스페로이드의 뼈 재생 효과 입증 (실험 평가 결과)>

□ 이번 연구는 동물실험 단계지만, 향후 대형 동물 모델과 임상연구를 거치면 환자 맞춤형 뼈 이식재 개발에 적용할 수 있을 전망이다.

<[그림 4] 연구팀이 실험용 쥐에게 나노입자-줄기세포 복합체 이식 실험을 하고 있다>

  ㅇ 화학연 김기영 박사는 “뼈뿐 아니라 연골, 피부 등 다양한 조직재생에도 확장될 수 있다.”라고 설명했다. 이영국 화학연 원장은 “줄기세포 기반 조직재생 기술을 통해 고령화 사회에 증가하는 골절 환자 치료에 기여할 수 있길 바란다.”라고 밝혔다.

  ㅇ 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ACS Biomaterials Science & Engineering(IF : 5.5)에 2025년 8월 게재되었다. 김기영 화학연 박사가 교신저자로, 선문대학교 하미진 교수가 1저자로 참여했다.

  ㅇ 이번 연구는 화학연 기본사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단 개인연구지원사업 및 산업통상자원부의 우수기업연구소육성사업의 지원으로 수행되었다.