KRICT 한국화학연구원

‘국가연구개발우수성과 100선’은 정부가 매년 지원하는 약 8만 여 건의 연구개발과제 중 가장 탁월한 100건의 우수성과를 선정하는 제도입니다. 무려 800대 1의 바늘구멍 같은 경쟁률을 통과해야 오를 수 있는 자리이지요. 화학연은 2023년 무려 3건의 국가연구개발우수성과를 배출한 바 있는데요. 2024년 다시 한 번 3관왕 수성에 성공하며 명실상부 대한민국 최고 화학 국책연구기관으로서의 명성을 더욱 탄탄히 다지게 되었습니다.

Chapter 01

바늘구멍 통과한 올해의 국가연구개발우수성과

2006년 처음 시작된 국가연구개발우수성과 100선 제도는 지난 19년간 국가 발전을 견인하는 과학기술에 대한 국민적 관심과 이해를 높이는 데 중요한 역할을 담당해 왔습니다. 또한 최종 선정된 연구자에게는 인증서와 현판을 수여하고 각종 평가의 가점과 정부포상 후보자 추천 등의 혜택을 제공하며 과학기술인 진작에도 많은 기여를 해왔는데요.

우리나라가 거둔 한해 최고의 연구 성과들을 가리는 자리인 만큼 2024 국가연구개발우수성과 100선은 지난여름부터 일찌감치 선정 절차가 시작되었습니다. 주관기관인 과학기술정보통신부가 부·처·청 등 21개 정부 부처의 자체 검증 과정을 통과한 총 869건의 성과를 추천받아 산학연 전문가 100명으로 구성된 선정평가위원회부터 대국민 공개검증에 이르기까지 면밀한 심사를 거듭해 온 것입니다.

장장 5개월여에 걸친 선별 작업을 통해 최종 선정된 화학연의 3대 국가연구개발우수성과는 ▲폐섬유 화학적 재활용 기술 ▲수전해 및 연료전지 성능향상을 위한 구조 정밀 제어형 고분자 전해질 제조 기술 ▲폐 불소수지 상압 연속식 열분해 단량체 제조 공정 기술입니다. 모두 탄소중립 실현에 없어서는 안 될 핵심기술들이지요.

조정모 박사팀의 ‘폐섬유의 화학적 재활용 기술’은 세계 화학계를 대표하는 미국화학회(ACS) 창간 10주년 기념 저널의 표지를 장식할 만큼 국제적으로 큰 주목을 받고 있는 세계 최초의 폐섬유 재활용 기술입니다. 버려지는 옷은 유색 혼방 소재가 대부분이라 선별과 분리가 어려운 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 소각이나 매립 외에 달리 처리 방법이 없었습니다. 개발한 기술은 이러한 의류 쓰레기 발생량을 획기적으로 줄일 수 있는 친환경 기술이지요.

화학연 연구팀은 버려지는 옷으로부터 합성섬유만을 화학적으로 선별 및 분류할 수 있는 기술을 개발했습니다. 해당 기술의 첫 번째 과정에서는 합성섬유에만 선택적으로 감응하는 생분해성 화합물을 혼합 폐섬유에 접촉함으로써 합성섬유를 분류할 수 있습니다. 이 과정에서 섬유로부터 분리가 어려운 염료도 함께 제거될 수 있습니다. 분류된 합성섬유와 강한 상호작용을 하는 저가 용매를 더 추가한 후 조건을 단계적으로 변경하면, 혼합 섬유 내 폴리에스터(PET), 스판덱스(PU), 그리고 나일론(PA) 같은 고분자들을 순도 99% 이상 단일 재질로 분리할 수도 있습니다. 한마디로, 다양한 성분과 복잡한 구조 때문에 소각 이외 처리가 불가능했던 폐의류를 실질적으로 재활용할 수 있는 방법이 개발된 것이지요.

화학연 연구팀의 계속되는 노력은 합성섬유를 원료로 되돌릴 수 있는 ‘저온 해중합 반응 기술’ 개발로도 이어졌습니다. 혼합 폐섬유로부터 분리된 합성 고분자를 기존 알려진 기술보다 훨씬 낮은 온도에서 2시간 내 빠르게 분해해 합성 이전의 원료로 되돌리거나 고부가 원료물질로 전환할 수 있는 복수의 기술을 함께 개발함으로써, 세계 최초로 반복 재생이 가능한 폐섬유 재활용 기술(Fiber-to-Fiber)을 선보인 것입니다. 앞서 선별이나 재질 분리 기술과 연계하면 복잡한 반응이나 불필요한 정제 과정을 줄이고 에너지 사용량도 크게 낮출 수 있어 친환경과 경제성의 두 마리 토끼를 함께 잡을 수 있게 된 것이지요. 화학연이 탄생시킨 이 세계 최초의 합성섬유 재활용 기술은 현재 국내 기업에 이전돼 재생 소재를 양산하는 실증 플랜트 구축이 한창입니다. 이르면 올해부터 본격적인 재생 단량체의 시장 공급과 함께 세계시장 진출이 가시화될 것이라고 하네요.

Chapter 02

2년 연속 ‘3관왕’ 금자탑

김태호 박사팀의 ‘수전해 및 연료전지 성능향상을 위한 구조 정밀 제어형 고분자 전해질 제조 기술’은 현재 가장 현실적인 친환경 수소 생산 모델로 각광받고 있는 그린수소의 핵심기술입니다. 이 연구 역시 전 세계 최대 규모의 학술단체인 ACS의 국제학술지(ACS Energy Letters) 표지논문으로 채택되었는데요.

화학연 연구팀이 개발한 가지사슬 구조의 전해질막은 친환경 수전해 기술의 핵심소재인 전해질막의 성능을 기존보다 80% 넘게 향상시킨 것입니다. 이 기술은 특히 흐린 날씨나 바람이 적은 날처럼 태양광·풍력 등의 재생에너지 발전량이 떨어질 경우 수소-산소의 과도한 혼입으로 높아질 수 있는 폭발의 위험까지 크게 줄였습니다. 튼튼한 엔지니어링 고분자 기반의 가지사슬 구조로 수소 이온의 높은 전도도, 수소 기체의 낮은 투과율이라는 친환경 수전해 시스템의 양대 과제를 동시에 해결하는 쾌거였지요.

화학연은 여기에 그치지 않고 다시 한 번 세계 최고 성능과 내구성의 전기화학적 이산화탄소 전환용 음이온교환막 소재 기술 개발에도 성공했는데요. 이 새로운 음이온교환막 소재는 이산화탄소를 기초화학원료인 일산화탄소로 전환하는 공정뿐만 아니라 친환경 수전해의 핵심기술로서도 매우 중요한 가치를 지니고 있습니다. 이에 따라 기술을 이전받은 국내 대기업이 우리나라 최초로 음이온교환막 수전해 기술의 상용화에 박차를 가하고 있습니다.

박인준 박사팀의 ‘폐 불소수지 상압 연속식 열분해 단량체 제조 공정 기술’은 불소 고분자의 일종으로 환경에 부담을 주는 폐 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지를 분해해 다시 기초화학원료로 되돌리는 재활용 기술입니다. 에너지 소비가 많은 기존의 고진공 열분해 기술을 상압 열분해 기술로 대체할 수 있도록 하려는 것이지요. 이 기술은 특히 기존 장치의 막대한 투자비, 극한의 운전조건, 폭발 가능성을 획기적으로 개선할 수 있는 세계 1~2위 공정기술로 PFAS 규제 문제를 극복하여 세계 유기불소산업에 혁신적인 영향을 미치고 국내 소부장 산업 발전에 지대한 기여를 하게 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.

이 같은 혁신성에 힘입어 박인준 박사는 2024년 우수한 업적으로 화학연의 발전에 크게 기여한 연구자에게 수여하는 ‘올해의 KRICT인 상’까지 받으며 겹경사를 누리게 되었는데요. 박인준 박사팀이 속한 화학연 계면재료화학공정연구센터는 이미 2018년부터 2020년까지 3년 연속으로 국가연구개발우수성과 100선에 선정된 데 이어 다시 한 번 2024 국가연구개발우수성과 100선에 선정되는 놀라운 진기록을 만들어내고 있기도 합니다.

어느새 20주년을 향해 가고 있는 국가연구개발우수성과 100선은 우리나라가 여러 어려움 속에서도 투자를 마다하지 않으며 탄생시켜온 세계 수준의 연구 성과를 정부와 과학기술계, 그리고 국민 모두가 축하하고 응원하는 국가적 축제입니다. 그 한가운데서 매년 많은 우수성과로 이름을 높여온 화학연의 노력이 2025년, 한층 더 크고 기쁜 소식으로 돌아올 수 있기를 기대합니다.