아이러브케미   자세히 보면 더 예뻐지는 책 화학대중화 도서 <예뻐지는 화학> 출간 화학은 어찌 보면 인류의 소원을 들어주는 ‘지니’ 같은 과학기술입니다. 먹고, 자고, 입고, 꾸미고, 성취하고, 돕고, 사랑하는 인간사의 모든 범주에서 늘 상상을 현실로 바꾸는 해결사 역할을 해왔지요. 화학연은 ‘맛있는 화학’ ‘안전한 화학’ ‘진짜 궁금했던 생활화학’ 같은 쉽고 재미있는 화학대중화 도서들을 통해 이렇게 보이지 않는 곳에서 끊임없이 우리의 소망을 실현시켜준 화학의 참 모습을 전하기 위해 노력해 왔는데요. 최근 동공 이 두 배로 커질 만한 제목의 또 다른 신간 소식이 전해지고 있습니다. 바로 <예뻐지는 화학>입니다.   건강한 아름다움을 추구하라 예로부터 시대와 지역, 남녀노소를 불문하고 많은 사람들이 아름다움을 추구해왔습니다. 또한 아름다움은 외적인 형태뿐만 아니라 선, 도덕, 숭고함 같은 내적인 가치를 나타내기도 합니다. 지나친 외모지상주의는 지양해야 하지만, 자신의 내면과 외면 모두 깨끗하고 아름답게 꾸미고자 하는 욕구는 그 자체로 자연스럽고 건강한 본능입니다. <예뻐지는 화학>은 아름답고자 하는 인류 모두의 소망을 가장 효과적으로, 그리고 가장 평등하게 실현시켜온 화학의 이야기를 담고 있습니다. 넘쳐나는 뷰티, 패션, 스타일링 콘텐츠들 속에서도 이 책이 좀 더 눈에 띄는 이유는 ‘앎’에 있다고 할 수 있는데요. 일부 어문학자들은 ‘아름답다’라는 단어가 ‘알다’라는 동사와 ‘음’이라는 명사형 접미사의 결합에서 유래된 것이라 설명합니다. “자세히 보아야 예쁘다 오래 보아야 사랑스럽다”란 나태주 시인의 시처럼 안다는 것(知)이 아름다움의 본질이라는 것이지요. 이들의 견해대로라면 화장이나 미용 기술뿐만 아니라 그 너머의 화학적 본질까지 충실히 소개하고 있는 <예뻐지는 화학>은 외모와 지성 모두에서 아름다움의 길을 이해하고 습득할 수 있는 파우더·파운데이션 겸용 ‘트윈케익’ 같은 안내서라 할 수 있을 것 같습니다.     ‘얼굴·헤어·바디·패션’ 종합 솔루션 <예뻐지는 화학>은 먼저 지금처럼 대중 모두가 빠르고 안전하게 아름다움을 누릴 수 있기까지 화학이 기여해온 발자취를 되짚습니다. 아름답고자 하는 인류의 소망이 좀 더 널리 실현되기까지는 오랜 시간이 걸렸습니다. 자연에서 얻은 물질로 얼굴과 머리를 물들이다 수은과 납에 중독된 고대인들, 수많은 노예들의 목숨과 맞바꾼 한 줌의 향료, 오로지 귀족만이 누렸던 염색 옷감처럼 아름답고자 하는 소수의 욕망을 위해 다수의 희생과 억압이 뒤따랐지요. 화학기술은 보다 많은 이들이 상대적으로 적은 비용으로 자유롭게 아름다움을 추구할 수 있게 해서, 아름다움을 대중화시켰다고 해도 과언이 아닙니다. <예뻐지는 화학>은 화학기술을 통해 현대인들이 누리는 수많은 기초, 색조, 기능성 화장품과 향수, 염색약, 의류소재들이 어떻게 발전해 왔는지를 소개하고 있는데요. 특히 인류가 추구하는 아름다움의 세계를 얼굴, 헤어, 바디, 패션의 4대 분야로 나눠 어느 한 곳 빈틈없이 궁금했던 점을 찾아볼 수 있도록 돕고 있습니다.  이와 함께 세계적으로 인기를 끌고 있는 K-뷰티의 비결, 한국 남성 모두에게 공포의 대상이 되고 있는 탈모, 논란과 호기심의 대상이 되고 있는 문신, 석탄과 석유가 옷으로 바뀌는 과정처럼 다른 곳에서 좀처럼 보기 힘든 독특한 콘텐츠들로도 재미와 교양을 함께 만족시키고 있는데요.     똑똑하게 예뻐지는 길 화학에는 양면성이 있습니다. 어떤 것을 어떻게 얼마나 사용하느냐에 따라 우리를 아름답게도, 위험하게도 할 수 있지요. <예뻐지는 화학>은 인류에게 간편하고 공평하게 아름다움의 길을 제시하는 화학기술의 역할뿐만 아니라 보다 지혜롭고 안전한 화학제품 활용법을 전하고 있기도 합니다. 획일적인 모방과 과용이 아니라 나만의 개성과 장점을 잘 살리는 똑똑한 스타일링처럼 현명한 화학기술의 활용을 권유하고 있는 것입니다. 지구촌 90억 인구는 누구나 자신만의 아름다움을 가지고 태어납니다. 외모든 내면이든 이런 고유의 아름다움을 잘 표현하고 나눌 수 있다면 세상은 한층 더 아름다워질 텐데요. 보다 아름다운 세상을 만들기 위한 램프의 요정 화학의 이야기를 담고 있는 <예뻐지는 화학>은 화학연의 화학대중화 플랫폼 ‘케미러브(chemielove.krict.re.kr)’에서 누구나 손쉽게 다운로드 받아 읽어볼 수 있습니다. 단 한 번의 클릭만으로 예뻐지는 길, 놓치지 마세요!  

KRICT 2023년 1분기 간추린 NEWS      제17대 이영국 원장 취임식 개최     화학연 제17대 이영국 신임 원장 취임식이 3월 27일 오전 10시 N2동 강당에서 개최되었다. 이영국 신임 원장은 3월 24일(금) 개최된 제188회 정기이사회에서 한국화학연구원 제17대 신임원장으로 선임됐다. 이영국 원장은 취임사를 통해 “세계 최고 화학 전문 연구기관으로 도약 및 구성원 모두가 행복한 화학연이라는 두 가지 중요한 가치를 달성하기 위해 ‘사람’, ‘비전’, ‘책임’을 3대 경영철학으로 삼고 다양한 전략을 수립하겠다.”고 말했다. 세부실천 과제로 ▲‘경영의 중심을 사람에게’ 두되, ‘자율·소통·몰입’을 3대 키워드로 설정, ▲기관 R&R(임무 및 역할) 재정비를 통해 명확한 목표를 수립하고 추진하여 앞으로의 50년을 향한 비전 제시, ▲조직문화 개선을 위해 의사결정 체계 및 의견 수렴 창구 구축, ▲사회적 약자 채용 및 시설 확충, 갑질 근절 등 공공연구기관으로서의 사회적 책임 준수를 중점 추진하겠다고 밝혔다. 또한 대한민국 과학기술을 이끌어 온 대덕연구개발특구 출범 50주년을 맞이하여 화학연이 또 다른 50년의 새로운 역사 창출을 위해 묵은 것을 버리고 새로운 것을 펼쳐낸다는 뜻의 ‘제구포신(除舊布新)’의 자세로 나날이 급변하는 시대에 적응하기 위해 역동적인 기관으로 구성원 모두 함께 만들어 나가길 촉구하였다. 이영국 원장은 서울대 무기재료공학 학·석·박사 학위를 받고 34년간 화학연에서 장비 기술 국산화에 크게 이바지한 LED 소자 분야 전문가이다. 1989년부터 화학연구원에서 재직하며 그린화학소재연구본부장, 정보전자소재연구센터장 등을 역임했으며, 2020년부터 2년간 한국연구재단 국책연구본부 소재부품단장을 역임하였다. 또한 한국결정성장학회 회장, 한국세라믹학회 산학협력부회장 등 다양한 대외활동을 통해 대한민국 소재 분야 발전을 위해 큰 공헌을 하였다.   대덕특구 50주년 기념, 출연연 주말개방 업무협약식     화학연은 3월 21일 국가과학기술연구회 소속 한국표준과학연구원, 한국생명공학연구원, 한국기계연구원 등이 참여하는 ‘대덕특구 50주년 기념 출연연 주말개방’ 업무협약을 대전시와 체결했다. 이날 협약식에는 이장우 대전시장, 국가과학기술연구회 김복철 이사장과 협약 출연연 원장들이 참석했다. 대전시와 협약을 맺은 4개 출연연은 4월부터 연구원 시설 일부를 개방할 방침이다. 화학연은 5월과 9월 시민들이 탐방을 통해 과학과 가까워질 수 있도록 연구동을 제외한 실외 시설과 홍보관 등을 개방하기로 했다. 시는 보안, 안전사고, 쓰레기발생 등에 대비하기 위한 운영 인력을 지원한다. 특정 시간대에는 대덕특구 50주년의 의미와 기관별 주요 성과, 공간 의미 등에 대한 과학해설 프로그램도 진행할 예정이다.   화학연-한국고분자학회 간 화학소재분야 연구 교류를 위한 업무협약 체결식     화학연과 한국고분자학회 간 화학소재분야 연구 교류를 위한 업무협약 체결식이 2023년 3월 7일 행정동 중회의실에서 개최됐다. 1976년 창립한 한국고분자학회는 4,800여 명의 회원을 중심으로 매년 2천여 편의 학술 발표가 이뤄지고 있는 국내 최대의 고분자과학 및 고분자공업 학회이다. 현재 정기적인 학술대회와 함께 총 3종의 간행물을 발행하고 있으며 영문논문집인 ‘Macromolecular Research’는 2002년부터 SCI에 등재되어 있다. 화학연과 한국고분자학회는 향후 화학소재 분야 연구개발 현황과 성과, 기술 트렌드 등의 교류를 통해 고분자를 비롯한 국내 소재 산업 전반의 발전을 위해 함께 노력할 계획이다.

KRICT 뉴스   조류독감, 코로나19 등 다양한 바이러스를 안전하고 확실하게 차단하는 친환경 방역 기술 개발 ？정밀·바이오화학연구본부   바이러스 차단 친환경 방역 기술을 개발한 화학연 박종목 박사 연구팀, (좌)박종목 책임연구원, (우)황태규 전문연구요원   조류독감, 코로나19, 돼지호흡기증후군 등 해마다 전 세계 인류가 바이러스로 인해 고통받는 가운데, 국내 연구진이 바이러스를 효율적으로 사멸하는 친환경적 방역 기술을 개발하여 기술이전했다. 화학연 박종목 박사 연구팀은 pH 중성에서 인지질 외피 바이러스를 효율적으로 사멸하는 방역 기술을 개발하여, 방역제 개발 업체인 ㈜유이케미칼에 관련 기술을 이전하는 계약을 체결하였다. ㈜유이케미칼은 이번 계약에 따라 국립환경과학원 및 농림축산검역본부의 사용 허가를 받은 후, 현재 전 세계적으로 문제가 되고 있는 조류독감, 코로나19, 돼지호흡기증후군 등 바이러스성 전염병 방역에 적극 활용할 계획이며, 아프리카돼지열병, 돼지유행성 설사병 등의 바이러스에 대한 연구도 지속할 계획이다. 최근 전 세계적인 ‘조류독감’(조류 인플루엔자 바이러스, AI)으로 가금류 1억 5천만 마리 이상을 살처분하는 사상 초유의 감염사태가 발생하였고, ‘코로나19(COVID-19)’ 바이러스도 어떤 변이를 일으켜 언제 다시 유행할지 알 수 없는 상황이다. 그 이외에도 인류는 ‘아프리카 돼지열병’, ‘돼지호흡기증후군’ 등의 바이러스와 사투를 벌이고 있다. 하지만 이러한 바이러스를 방역하는 기술은 여러 제한 사항으로 인해 효능 및 안전성이 담보되지 못해온 것이 사실이다. 예를 들어 현재 국내에서 AI 바이러스 방역에 사용되는 방역제를 성분 분류해보면 산화제 약 43%, 산성제제 약 35%, 알데히드류 약 13%, 양이온 계면활성제류 약 5%가 사용되고 있다. 대부분이 자연에 뿌려졌을 때 산화성, 산성, 부식성, 세포독성 등 크고 작은 우려가 제기되고 있으며, 효과적인 분무방역이 이루어지고 있지 않은 상황이다. 따라서 바이러스를 효과적으로 사멸하면서도 기존의 단점을 보완하는 ‘친환경 방역 기술·체계’ 개발이 시급한 상황이다. 이에 연구팀은 최초로 ‘식물성 기름’으로부터 얻어낸 ‘긴사슬 알코올 유도체’를 이용한 ‘셀-라이시스 기술(Cell-Lysis)을 도입하여 인지질 외피를 가지는 바이러스만 선택적으로, 그리고 저농도에서도 매우 빠르고 효과적으로 사멸시키는 환경친화적인 새로운 방역 기술을 개발하였다. 연구팀은 ‘셀-라이시스 기술’을 방역 기술에 적용하여, 기존 방역제의 단점을 해결할 수 있는 ▲새로운 중성 방역물질 제조기술이자, 그동안 방역 효율성이 월등함에도 불구하고 생체독성, 환경파괴 등의 우려 때문에 제한되었던 ▲‘분무방역’ 방식이 가능한 친환경 방역 기술 개발에 성공하였다. 인지질로 이루어진 바이러스 세포막은 그 표면에 양이온(양전하)과 음이온(음전하)으로 이루어진 전하층을 가지고 있다. 연구팀은 이 전하층을 이온 상호작용 없이 신속히 침투하여 세포막을 파괴할 수 있도록 비이온계의 천연 중성 계면활성제를 선정하였고, 파괴된 물질들이 안정적으로 물에 섞이도록 설계하였다. 이러한 사멸효과는 인공모델 세포막을 파괴하는 실험을 통하여 확인하였다. 본 기술은 0.05% 이하의 낮은 농도에서도 고병원성 조류독감(AI) 바이러스를 1분 이내에 99.99% 사멸하였고, 코로나 19 바이러스는 30초 이내에 99.99% 사멸하였다. 또한 본 기술의 주성분인 ‘천연 비이온계 중성 계면활성제 성분’ 인긴사슬 알코올 유도체는 매우 안전한 물질이며, 그간 사용되어 오던 방역제 대비 1/9 수준의 낮은 세포독성을 나타내었다. 또한 pH가 중성이며 할로겐이온도 검출되지 않아 부식 걱정이 없고, 피부자극성 및 동물 실험을 통한 호흡기 이상 증상도 없는 것으로 확인되었다. 본 기술의 큰 장점은 ‘셀-라이시스 기술’의 특성상 바이러스 변이와는 무관하게 방역 효과를 나타낸다는 점이다. 또한 방역제의 표면장력이 높으면 미세기공 속으로 침투가 불가하지만, 본 기술은 낮은 표면장력을 가지므로 미세기공 속 바이러스 방역에도 유리하다. ㈜유이케미칼은 화학연에서 기술이전 받은 방역 기술의 사용승인 절차 이후, 2023년 말을 목표로 상용화를 추진할 계획이며, 이미 구축된 대량생산 체계를 활용해 글로벌 시장 진출도 동시에 추진할 계획이다. 이번 성과는 기존의 방역 기술 대비 보다 효율적이면서 보다 안전한 기술인 만큼, 현재 전 세계적으로 대두되고 있는 겨울철 조류독감뿐만 아니라, 아직 종식되지 못한 코로나 19, 그리고 해마다 반복되고 있는 동물 바이러스성 전염병 차단에 새로운 방역 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 화학연 기본사업 및 산업통상자원부 공공혁신 수요기반신기술사업화 사업의 지원을 받아 수행됐다.  

KRICT 뉴스 고령층에서 심각한 희귀 난치질환인 류마티스 관절염 및 림프암 치료 후보물질 개발 의약바이오연구본부   류마티스 관절염 및 림프암 치료 후보물질을 개발한 조희영 박사 연구팀 (가운데)조희영 박사, (좌)홍효원 박사후연구원, (우)윤새봄 학생연구원   저출산문제 등으로 초고령사회를 앞두고 있는 가운데 국내 연구진이 고령층은 물론 중장년층에까지 널리 퍼지고 있는 대표적인 통증질환이지만, 마땅한 치료제가 없는 질환인 류마티스 관절염 및 림프암 치료를 위한 실마리를 찾았다. 화학연 조희영 박사·임희종 박사 공동 연구팀은 면역체계의 오작동으로 염증이 유발되고 정상조직이 공격당하는 ‘자가면역 질환’에 대한 치료제 개발연구를 통해 IRAK4 효소의 비정상적인 기능을 억제하여 류마티스 관절염 및 림프암을 치료하는 신물질을 개발하였다. 연구팀이 개발한 류마티스성 질환 및 림프암 치료기전은 관련 기업인 퓨쳐메디신㈜에 기술 이전되어 자가면역 질환 및 림프암에 대한 치료제로 개발 중이며, 본 연구성과 또한 두 기관의 협력을 통해 도출되었다. 류마티스 관절염은 전 세계 인구의 1%에 가까운 사람들에게 발병하는 가장 흔한 자가면역질환으로써, 소염제 및 생물학적 항류마티스 주사제 등의 약물이 처방되고 있으나, 대부분의 환자들은 장기간의 약물치료에 따른 내성 발현, 약효 감소 및 면역력 저하 등의 부작용으로 말미암아 여전히 고통을 받고 있다. 따라서 효과는 우수하고, 독성은 적으며, 쉽게 경구복용 가능한 새로운 기전의 선택적 류마티스 관절염 치료제가 필요한 실정이다. 한편 과도한 염증은 대표적인 발암요인이며, 특히 혈액암 중 가장 예후가 좋지 않은 타입인 ‘ABC-DLBCL형 림프암’은 IRAK4 효소를 억제하여 염증을 완화하는 것이 중요한 치료전략으로 알려져 있다.  경구로 복용할 수 있는 류마티스 관절염 치료제로 처음 개발되어 널리 사용되고 있는 약물인 ‘토파시티닙’의 경우 최근 심장마비 등 중증 심혈관계 부작용 발생위험 문제가 공식화되었고, 림프암 치료제인 ‘이브루티닙’은 장기 복용 시 내성 발현으로 다른 약물과의 병용요법이 필수적이다. 이에 연구팀은 인체의 과도한 염증 반응을 선택적으로 차단할 수 있는 물질을 찾기 위한 연구를 수행하였고, 우리 몸속 자가면역 질환 및 림프암 세포에 존재하며 염증을 증폭하는 기능을 하는 ‘IRAK4’라는 효소의 기능을 차단함으로써, 류미티스 관절염 및 림프암을 개선하는 치료 약물인 ‘KIC-0101’ 후보물질을 개발하였다.   류마티스 관절염 동물모델 실험에서 관절염 조직에서의 염증완화 효과 및 인대손상 치유효과를 나타내었음. 화학연 개발 치료 물질(오른쪽에서 두 번째)을 투여한 결과, 정상조직에 가까운 치료 효과를 나타내었음. 이번에 개발된 약물(KIC-0101)은 류마티스 관절염 동물 모델에 투여 시 관절염 증상을 현저히 개선하였고, 림프암 약물 내성 세포에 기존 치료제인 ‘이브루티닙’과 병용투여 시 염증신호 전달을 차단하고 림프암의 크기가 현저히 감소됨을 관찰하였다. 개발된 약물(KIC-0101)을 류마티스 관절염 항체유발 동물 모델(CAIA)에 10일 간 단기 경구 투입하거나 콜라겐유발 동물모델(CIA)에 10주 간 장기 경구 투입한 결과, 부종 및 발목두께 등 관절염 수치가 68 ~ 80% 가량 감소되었고, 염증 부위가 정상수준으로 개선되는 등 치료 효과가 있음을 밝혀냈다. 또한 림프암 세포를 피하에 주입한 동물 종양모델에 'KIC-0101'을 14일 동안 단독 또는 병용 투여하였고, 이 결과 병용투여 시 암조직의 성장이 80% 이상 억제되는 것을 확인하였다. 연구팀이 개발한 류마티스 관절염 및 림프암 치료물질은 퓨쳐메디신㈜과의 협업을 통해, 치료제 개발을 위한 비임상 실험이 수행 중이며, 이 단계가 끝나면 향후 본격적인 임상 실험에 진입할 예정이다. 이번 성과는 그동안 화학연이 지속적으로 매진해온 신약 연구를 통하여 얻어진 또 하나의 신물질로서 난치질환 환자의 삶의 질을 개선할 수 있는 글로벌 신약으로 개발될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 약리학분야 국제전문학술지 ‘Acta Pharmaceutica Sinca B’ 저널의 2022년 12월에 온라인 게재되었다. 또한 이번 연구는 한국화학연구원의 기본사업의 지원을 통해 개발되었다.

KRICT 뉴스   화학연-㈜테크로스 간 수전해 기술 분야 연구 교류를 위한 업무협약 체결   화학소재연구본부   화학연-(주)테크로스 간 수전해 기술 분야 연구 교류 업무협약 체결식에 참석한 양 기관 관계자들     화학연은 선박평형수 처리장치 전문업체 ㈜테크로스와 기후변화 문제 해결 및 탄소중립 실현을 위한 수소 산업의 핵심기술인 ‘수전해 기술’ 국산화를 위한 연구 교류 업무 협약(MOU)을 체결하였다.   3월 3일(화) 화학연 N2동 중회의실에서 개최된 업무협약식에는 화학연 이미혜 전 원장, 윤성철 화학소재연구본부장, ㈜테크로스 박석원 대표이사, 권경안 중앙연구소장 등 각 기관 관계자 7명이 참석했다. 본 업무협약을 계기로 양 기관은 2023년 상반기부터 분리막 제조 기술 관련 상호 기술 교류와 기술 이전 등을 추진할 예정이며, 향후 다양한 수전해 소재 관련 연구개발과제를 공동으로 수행할 예정이다.   정부가 ‘수소경제 성과 및 수소 선도 국가 비전(2021)’을 통해 그린 수소를 2030년까지 25만 톤, 2050년까지 300만 톤을 공급하겠다는 비전을 발표함에 따라 그린 수소 생산을 위한 수전해 기술에 대한 시장의 관심이 증가하고 있다.   화학연은 수전해 시스템을 구성하는 핵심 소재인 분리막 소재 개발에 관하여 최상위 저널에 다수의 논문을 발표하는 등, 해당 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 보유하고 있다. 특히 화학연은 가장 널리 상용화된 알칼라인 수전해부터 대규모 실증 단계의 양이온 교환막 수전해, 미래 기술로 손꼽히는 음이온 교환막 수전해까지 주요 수전해 기술 분야에서 뛰어난 성능을 가지는 분리막 소재를 최근 잇따라 개발에 성공하였다.   그러나 이러한 고성능의 분리막 소재가 실제 수전해 시스템에 적용되기 위해서는 실험실 수준에서 벗어나 대용량 제조 공정 기술, 스택 적용 기술 등을 아우르는 본격적인 상용화 기술 개발로 확대될 필요가 있다.   (주)테크로스 전경 (출처: techcross.com)     (주)테크로스는 2022년 2,900억 원의 매출을 달성하는 등 선박평형수 처리장치 시장에서 글로벌 시장점유율 1위를 기록하고 있으며 금탑 산업 훈장, 1억불 수출탑, 장영실상, 국가녹색기술대상, 대한민국 친환경대상 등 우수한 기술력을 다수의 수상 경력을 통해 인정받고 있다. 최근에는 평형수 처리장치의 핵심인 전해조 기술을 바탕으로 알칼라인 수전해와 양이온 교환막 수전해 시스템 등 그린 수소 생산 기술까지 사업 영역을 확대하고 있다. 이번 업무협약을 계기로, 양 기관은 그동안 연구실 스케일에서 주목받아 왔던 고성능 분리막 소재의 상용화 기술을 개발하고, 이를 적용한 수전해 시스템을 구현하기 위한 공동연구를 추진할 예정이다. 이를 통해, 그린 수소 생산 기술 개발로 수소경제 확산 및 탄소중립 달성에 기여하고, 첨단 소재 및 시스템 국산화와 국내 가치사슬 구축에 앞장 설 예정이다.   또한 상호 긴밀한 협력으로 향후 수전해 기술분야 연구 활성화를 통해 대한민국 과학기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다. 우수한 분리막 소재 기술을 보유한 화학연과, 수전해 스택 및 시스템 제조 기술력을 가지는 중견기업의 협력이 큰 시너지 효과를 낼 것으로 기대된다.  

KRICT 뉴스 기존 상용막 대비 성능이 80% 이상 향상된 친환경 수소 생산용 고성능 전해질막 개발 화학소재연구본부   그린수소 생산을 위한 가지사슬 구조의 새로운 전해질막 소재를 개발한 화학연 김태호 박사 연구팀(좌)김태호 책임연구원(센터장), (우)안수민 박사후연구원   수소 산업이 12대 국가전략기술 중 하나이자 기후변화 문제 해결 및 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 자리잡고 있는 가운데, 국내 연구진이 물 전기분해를 통해 친환경 그린수소를 생산하는 수전해 장치의 핵심 소재이자 기존 대비 수전해 성능이 80% 이상 향상된 고성능 전해질막을 개발하였다. 화학연 김태호·안수민 박사, 강원대학교 조용훈 교수 공동연구팀은 최근 발표된 연구에서 양이온 교환막 수전해 장치에 적용 시 ▲수소 이온은 원활히 이동하면서 ▲수소 기체의 투과는 억제할 수 있는 가지사슬 구조의 새로운 전해질막 소재를 개발했다. 본 기술을 수소 경제 구현의 핵심인 ‘수전해 기술’에 응용한다면 그린수소를 보다 안전하고 효율적으로 제조할 수 있을 것으로 전망된다. 뿐만 아니라, 비싼 상용소재를 대체하여 수소 생산 비용을 낮추고, 핵심 소재 국산화와 수소 기술 확산에도 기여할 것으로 기대된다. 국제에너지기구(International Energy Agency)는 탄소중립 달성을 위한 에너지원으로 수소와 암모니아 가스가 최대 15.7% 비중이 될 것으로 전망하였다. 특히 수소는 에너지, 철강, 화학 등 다양한 산업에서 2050년 기준 6.5억 톤이 소비되며, 글로벌 수소 시장이 500조 원 규모로 성장할 것으로 예측하였다. 그러나 현재 글로벌 수소 생산량의 99%는 화석연료에서 추출되고 있어, 이산화탄소가 함께 배출된다. 결국 탄소중립 달성을 위해 탄소 배출이 없는 그린수소 생산 기술로의 전환이 필수적이다. 따라서 물에서 수소를 대량 생산하고, 태양광, 풍력 등의 재생 전력을 활용하여 수소 생산 전 과정이 친환경적인 수전해 방식이 가장 이상적인 모델이다. 이러한 수전해 방식의 수소 생산 효율은 높이면서도 화재나 폭발의 위험 없이 안전하게 운전하기 위해서, ▲수소 이온은 빠르게 전달하면서 ▲수소 기체는 투과하지 않는 전해질막 소재 기술 확보가 관건이다.   (좌) ACS Energy Letters 12월호 Supporting 표지 논문 선정 / (우) 양이온 교환막 수전해 시스템 특히 흐린 날씨의 태양전지 등 재생에너지 발전량이 적을 경우 수전해 이후 산소와 수소의 혼합 비율이 커짐에 따라 화재나 폭발 발생 가능성이 증가한다. 따라서 발전량 변동과 무관한 ‘낮은 투과율’의 전해질막 개발이 필수적이다. 최근 높은 효율과 넓은 운전 범위 구현이 가능한 ‘양이온 교환막 수전해’ 기술이 대표적인 수전해 기술로 손꼽히고 있는데, 대표적으로 ‘나피온(Nafion)’과 같은 불소계 고분자막이 주로 적용되고 있다. 하지만 낮은 기체차단성, 막 두께로 인한 성능 저하, 제조·폐기 시 환경문제, 경제성 등의 여러 단점이 있는 것으로 알려졌다. 이에 화학연과 강원대 공동 연구팀은 튼튼한 엔지니어링 고분자 기반의 화학구조를 가지면서 수소 이온을 전달하는 기능이 부여된 ‘가지사슬’을 도입하였다. 수소 이온을 전달하는 부분과 막의 강도를 유지하는 부분이 나노미터 크기로 분리된 구조를 가지도록 설계하여, ▲수소 이온이 원활하게 이동(높은 전도도)할 수 있으면서 ▲수소 기체의 투과는 억제(낮은 투과율)할 수 있는 새로운 전해질막을 개발하였다. ‘높은 전도도’와 ‘낮은 투과율’은 상충관계로서, 동시에 확보하기는 쉽지 않은 개념임에도 불구하고, 연구팀이 개발한 전해질막은 기존 상용막과 비교해 ▲80℃에서 1.6배 이상 향상된 수소 이온 전도도와 ▲기존 대비 약 3분의 1 수준의 낮은 수소 기체 투과율을 나타내었다. 결과적으로, 수전해 장치에 적용한 결과 1.9V에서 약 6,000mA/cm²의 전류밀도를 나타내었는데, 이는 동일한 조건에서 기존 상용막을 적용한 결과 대비 80% 이상 증가된 수치이다. 이번에 개발된 전해질막은 불소계 화합물을 사용하지 않아 제조와 폐기 시 환경문제 발생을 줄일 수 있고, 가격이 상대적으로 저렴하다. 향후 기존 상용막을 대체할 경우 수전해 장치의 설치비용과 운전비용을 낮추어, 그린수소 생산단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 이번 성과는 상용 수전해 전해질막이 가지는 성능과 안전성 한계를 뛰어넘을 수 있는 원천 소재 기술이며, 100% 수입에 의존하고 있는 기존의 고가 제품을 대체할 수 있는 국산화 소재 기술이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS Energy Letters'(IF: 23.991) 2022년 12월호 표지 논문으로 게재됐다. 또한 이번 연구는 화학연 기본사업, 과기정통부 나노및소재기술개발사업, 수소에너지혁신기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

KRICT 뉴스 1kg에 200원짜리 값싼 황 폐기물로 고부가가치 적외선 투과 렌즈 소재를 만든다 화학소재연구본부   미세상분리 구조의 역가황 고분자 소재 기술을 개발한 한국화학연구원 연구팀 (좌)김동균 책임연구원, (우)황재혁 학생연구원   대한민국 원유정제 기술이 세계 5위권에 드는 가운데, 국내 연구진이 원유 정제과정에서 대량으로 발생하는 부산물인 값싼 황 폐기물을 활용하여 고부가가치 적외선 투과 고분자 렌즈 신소재를 개발하는데 성공했다. 화학연 김동균 박사, 한양대학교 위정재 교수, 충남대학교 이경진 교수 공동 연구팀은 최근 발표된 연구에서 다양한 적외선 광학 분야에 응용될 수 있는 높은 강성의 적외선 투과 역가황 고분자 소재를 개발했다. 연구팀이 개발한 고강성·고투과 역가황 고분자 소재는 향후 후속 연구 및 상업화 연구를 통해 자율주행 나이트비전, 스마트 가전·센서 시스템, 의료·진단용 열감지 카메라, 군수용 야간 감시 카메라 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 적외선 투과 광학 소재는 눈에 보이지 않는 적외선을 통과시키는 소재로써, 코로나 19로 인한 발열을 체크할 수 있는 열화상 카메라 렌즈나 인체감지 적외선 조명 센서 시스템 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 현재 적외선 투과 광학 소재의 제조에 사용되는 소재들은 모두 셀렌화 아연(ZnSe), 저마늄(Ge), 칼코게나이드 유리 등의 ‘무기물 기반’ 소재로써, 주요 원재료가 비싸고 소재를 렌즈로 가공하기도 어려워 적외선 투과 렌즈가 장착된 장비는 대부분 상당한 고가의 제품이다. 한편, 전세계적으로 원유 정제과정에서 연간 7천만 톤 가량의 황 부산물이 발생하지만, 황산, 비료, 화약 등으로 활용 후의 잔여 황 폐기물에 대한 마땅한 처리 방법이 없는 상황이다. 국내의 경우, 황 폐기물 대부분을 중국에 수출하지만, 중국 정유산업 발달로 중국 내 황 폐기물 발생량이 점점 증가하여, 이마저도 무한한 해결책은 될 수 없다. 따라서 전 세계 연구진이 황 폐기물을 활용한 다양한 역가황 고분자 신소재 개발에 나섰으나, 황이 다량 포함된 소재들은 온도가 조금만 높아져도 말랑말랑해지는 특유의 물성 탓에 번번이 상용화 문턱을 넘지 못했다. 특히, 높은 적외선 투과 특성을 갖는 역가황 고분자 소재의 경우도, 황의 비중을 높이면 ①투과도가 상승하지만, 유연한 물성으로 인해 ②강도가 낮아지는 ‘상충관계’를 극복하지 못해 광학 부품에 적용하기 어려운 단점이 있다. 이에 공동 연구팀은 황에 ‘TVB 가교제’를 첨가하는 방식으로, 나노 스케일에서 상대적으로 황 함량이 높은 영역과 TVB 가교제 함량이 높은 영역으로 미세 상분리된 구조의 ‘역가황 고분자 신소재’를 합성했다. 기존의 가교제는 가교제끼리 스스로 단단하게 연결되지 못하고 가교제 하나당 황 고분자 사슬 여러 개가 묶였다면, ‘TVB 가교제’는 가교제끼리 스스로 단단하게 연결되고 유연한 성질의 황 고분자 사슬이 그 주위에 연결되어, 미세 상분리 구조의 역가황 고분자 소재를 합성할 수 있었다. 개발된 황 함량 80%의 고분자 신소재를 테스트한 결과, 1.1mm 두께의 필름으로 제조 시 기존에 보고된 황 함유 고분자 소재와 ①유사하거나 조금 더 높은 수준의 우수한 적외선 투과도를 보인다. 그리고 ②무려 80°C 가량 향상된 92.6°C 수준으로 유리 전이온도가 매우 높아, 상온에서 안경 렌즈와 유사한 수준인 2기가파스칼(GPa) 가량의 우수한 기계적 강성를 보였다. 또한, 개발된 신소재를 몰드에 넣어 고온에서 압축 성형하게 되면 깨끗한 필름을 얻을 수 있으며, 사용 중 부서진 소재도 동일 공정을 통해 원래의 상태로 되돌려 재활용할 수 있다. 이번 기술 개발로, 광학 소재·부품 관련 기업과의 적극적인 협업을 통해 경제성 있는 적외선 광학용 역가황 고분자 실용화를 위한 핵심기술을 선점할 수 있을 것으로 전망된다. 화학연 이영국 원장은 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 값싼 황 폐기물로부터 고부가가치 고 황 함유량 고분자 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 이미징 기술뿐만 아니라 전기·전자, 에너지 등 응용분야에도 폭넓게 활용될 수 있기를 기대한다.”라고 말했다.   (좌) 어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈 표지논문 선정 / (우) TVB 기반 역가황 고분자와 기존 역가황 고분자의 기계적 물성 차이   이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials)’ 3월호 표지논문으로 게재됐다. 또한 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업, 과학기술정보통신부 미래기술연구실 사업, 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, 소재융합혁신 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.  

KRICT 스토리 모두의 완주 돕는 페이스메이커 KRICT의 달리기 동호회     의사들은 대체적으로 한 번에 30분, 주 3회 정도의 달리기를 권장합니다. 30분 정도를 달리면 ‘행복 호르몬’이라 불리는 도파민, 엔돌핀, 옥시토신 분비가 본격화돼 운동을 마치고 난 뒤에도 오랜 시간 상쾌한 마음이 유지되는 출발점이 된다는 것인데요. 화학연 인근의 공원과 운동장에도 점심과 저녁 시간마다 이 행복 호르몬을 재충전하기 위해 모여드는 사람들이 있습니다. 화학연의 양대 달리기 동호회 ‘건강한 달리기’와 ‘MㅏZㅏ톤’의 회원들입니다.   30분 쉬지 않기 프로젝트 ‘건강한 달리기’   (좌) 회장 이진희 책임연구원 / (우) 총무 임민택 연구원   건강한 달리기 팀의 꿈은 회원 모두가 쉬지 않고 30분 달리기입니다. 2021년 첫 모임 때만 해도 30분간 쉬지 않고 달릴 수 있는 사람은 회장과 총무 단 두 사람뿐이었습니다. 대부분 직장과 육아로 바쁘게 사느라 늘 마음만 있을 뿐 좀처럼 달리기의 ‘ㄷ’자도 시도해보지 못한 초보자들이었지요. 그래서 이듬해 화학연의 정식 동호회로 등록하며 11명의 회원들은 거창한 계획보다는 ‘어제보다 1g 더 성장한 나’라는 소박한 목표를 세우고 매주 화요일과 목요일 점심시간(12시)에 모여 화학연의 산책길과 대덕특구종합운동장의 트랙을 달렸습니다. 시간이 맞는 회원들은 수시로 달리기 번개 모임도 가졌습니다.     그렇게 조금씩 시간이 지나며 걷다가 뛰다가를 반복하던 회원들의 심폐기능과 지구력은 눈에 띄게 향상됐습니다. 30분을 쉬지 않고 달릴 수 있는 인원이 2명, 4명, 6명으로 계속해서 불어나게 됐지요. 2~4kg의 체중감량 효과는 덤이었습니다. 자신감을 얻은 회원들은 지난해 ‘6km for Water’라는 익살스런 이름의 언택트 달리기 대회에도 참가하였습니다. 13명까지 늘어난 일명 ‘건달’의 회원들은 단체로 티셔츠를 맞춰 입고 땀을 흘린 뒤 근사한 점심식사까지 함께 한 이날이 매우 의미 있는 하루였다고 입을 모으고 있는데요. 건강한 달리기 동호회를 홍보해달라는 요청에 이진희 회장은 “여전히 엄청나게 달리기를 못 하는 게 최대 장점”이라며 웃습니다. “달리기를 하고 싶은데 어떻게 시작하지? 너무 못 달려서 부끄럽지는 않을까? 이 글을 보며 지금 이런 생각이 떠오른다면 그건 여러분이 우리 건달 팀에 아주 잘 맞는 사람이란 뜻입니다. 주저하지 말고 연락해 주세요.” 회원들이 생각하는 ‘건달’ 팀의 매력도 크게 다르지 않습니다. “살기 위한 몸부림, 즐거운 숙제, 건강연금, 다이어트, RPG게임, 시끄러운 세상 속 나다운 나를 찾는 시간, 마음의 근육 운동, 한 움큼 쥔 모래”처럼 가볍고 재미있는 표현들이 줄을 잇고 있는데요. 그렇다고 마냥 체계 없이 모이고 뛰는 것만은 아닙니다. 새로 가입하는 회원에게는 수준에 맞는 달리기 프로그램과 함께 필요한 영양소, 신발과 옷 등의 정보를 제공하며 건강과 실력을 모두 챙길 수 있도록 열심히 돕고 있습니다.     러너스 하이를 향해 ‘마라톤 동호회’   (좌) 회장 배소연 학생연구원 / (우) 총무 이수현 인턴연구원   42.195km. 보기만 해도 숨 막히는 거리를 달리는 동안 마라토너들은 무슨 생각을 할까요? 달리는 중에 찾아온다는 러너스 하이(Runners High)라는 행복감은 또 어떤 느낌일까요? 2023년 봄 화학연 동호회 목록에 새로 이름을 올린 마라톤 동호회는 5km, 10km, 하프를 넘어 정식 마라톤 코스의 완주에 도전하는 이들이 모인 동호회입니다. ‘MㅏZㅏ톤’이라는 발랄한 애칭에서도 느껴지듯이 화학연 마라톤 동호회는 회장과 총무를 맡고 있는 학생 연구원들을 중심으로 화학연의 20~30대 젊은 구성원들이 동호회의 주축을 이루고 있습니다. 그래서인지 리더의 신호에 맞춰 쭉쭉 팔다리를 뻗으며 근육을 푸는 모습에서 왠지 더 생동감이 느껴지는 듯한데요. 트랙을 도는 횟수가 늘어나며 점점 더 가빠지는 호흡 속에서도 여기저기서 끊임없이 터져 나오는 “화이팅!” 구호가 해거름녘 운동장에 상쾌함을 더합니다.     마라톤은 세계여행, 스카이다이빙처럼 많은 이들에게 인생에서 꼭 한 번은 경험해보고 싶은 버킷 리스트 중 하나입니다. 그런 까닭에 마라톤 동호회는 2023년 3월 창립 이후 빠르게 회원 수가 불어났는데요. 초창기에는 마라톤이란 ‘어마무시’ 한 이름에 멈칫거렸던 회원들은 짧은 코스들을 완주하며 차츰 자신감을 얻었습니다. 그리고 이런 자신감이 주변 동료들에게도 열심히 가입을 권유하는 큰 동력이 되었지요. 이들의 꿈은 꽤 장기적이고 도전적입니다. 분기별 지역 마라톤 대회 참가와 자체 대회로 조금씩 실력을 쌓아 마라톤이 생소한 이들도 각자 자신의 페이스에 맞는 마라톤 코스에서 자신감을 키울 수 있도록 한다는 계획입니다. 이를 위해 평소 매주 2차례 월요일과 목요일 퇴근 후(6시30분) 대덕특구종합운동장에 모여 가벼운 달리기로 감을 유지하기 위해 노력하고 있는데요. 개성 넘치는 러닝 모임을 꿈꾸는 이들은 모든 활동을 투표로 결정하고 매번 모임마다 소소한 이벤트와 인증 샷을 남기며 보다 많은 회원들의 자율적인 참여를 유도하고 있습니다. 배소연 회장은 “대학 동아리 같은 젊고 유쾌한 분위기가 우리 동호회의 가장 큰 매력”이라며 “매워서 눈물 콧물 다 빼지만 돌아서면 또 끌리는 마라탕” 같은 중독성 강한 동호회로 가꿔나가겠다며 야무진 포부를 밝히고 있는데요. 동호회 창립 한 달을 맞은 이들은 지난 4월 충남 예산에서 열린 전국마라톤 대회에 공식 참가하며 마침내 러너스 하이라는 원대한 꿈을 향해 첫 걸음을 내딛었습니다.  

KRICT 파트너   대한민국 1호 천연물 제초제 개발을 향해 (주)대승바이오팜   코로나19 바이러스 사태와 전 세계적인 고물가의 영향으로 가정식에 대한 관심이 식지 않는 가운데 유기농 식품 시장도 계속해서 성장을 거듭하고 있습니다. 농림축산식품부와 한국농수산식품유통공사에 따르면 약 163조 원 규모의 세계 유기농 식품 시장은 미국, 유럽을 비롯해 일본, 중국 등 동북아 지역의 폭발적인 수요 증가에 따라 매년 10% 안팎의 꾸준한 증가세를 보이고 있다고 하는데요.     유기농, 좋은 줄은 알지만   이 같은 전 세계적인 유기농 식품 시장 확대에 따라 최근 우리 정부가 국내 첫 유기농 식품 수출 전문 생산단지 조성을 준비하고 있다는 보도도 나오고 있습니다. 현재 미국과 홍콩 등으로 수출되고 있는 한국산 유기농 쌀의 수출 길을 더욱 넓혀 국내 쌀값 안정을 유도하는 동시에 새로운 수출 품목까지 발굴하고자 하는 것입니다. 유기농 식품 시장의 확대는 살균·살충·제초제 등 유기농자재 시장의 성장에도 큰 영향을 미치고 있습니다. 전 세계적으로 친환경 유기농자재 시장은 연평균 14%씩 가파르게 성장한 것으로 분석되고 있는데요. 우리나라 역시 유기농산물과 가공식품을 찾는 소비자들이 지속적으로 늘어나면서 약 1조 5천억 원 규모의 농약시장에서 유기농자재가 차지하는 비중이 10%를 넘어선 것으로 전해지고 있습니다. 하지만 여전히 많은 농민들은 좋은 줄 알면서도 유기농업과 유기농자재 사용을 주저할 수밖에 없습니다. 높은 단가와 보관·유통의 어려움 때문이지요. 2018년 설립된 (주)대승바이오팜은 이 같은 국내 유기농 산업의 현실을 감안해 보다 저렴하고 질 좋은 유기농자재를 개발해 국내에 보급하는 것은 물론 2025년 약 74억 달러 규모의 세계시장에도 진출하겠다는 목표를 세우고 있는데요.   방선균 대사체 기반의 후보물질 화학농약을 대체하는 유기합성 신물질 개발은 정밀화학과 바이오 분야의 최첨단 영역에 해당합니다. 중소 벤처기업으로서는 감당하기 어려운 많은 비용과 시간이 요구되는 연구개발에 선뜻 뛰어들기가 어려운 일이지요. 이에 따라 공동 창업자인 박기웅 대표와 조광민 연구소장은 향후 사업화 가능성이 높은 선도 연구 성과를 찾는 데 많은 힘을 기울였는데요. 마침 같은 학회 소속으로 25년 이상 알고 지낸 최정섭 화학연 박사의 연구에 주목하게 되었습니다. 최 박사는 국내 유일의 친환경 신물질 원천기술 연구 조직인 친환경신물질연구센터에서 오랜 시간 유기합성 화합물 기반의 작물보호제 개발에 몰두해오고 있었습니다. 특히 작물보호제 소재발굴의 다양성을 위해 토양 미생물 라이브러리를 구축하고 그 가운데서도 특히 토양 방선균 대사체 기반의 제초제 후보소재 발굴과 최적화에 집중하고 있었지요. 토양 방선균은 흙 속이나 마른 풀 등에 기생하는 세균과 곰팡이의 중간적 성질을 가진 미생물로 식물병원균의 사전 발병 예방뿐만 아니라 질병 확산을 억제하는 효과가 뛰어나 ‘토양의 하얀 방패’라고도 불립니다. (좌) 흰가루병에 걸린 식물 / (우) 토양 방선균   흰가루병의 예방과 치료 최 박사가 개발한 토양 방선균 대사체 기반의 제초제 후보소재는 방제효과의 안전성과 독창성뿐만 아니라 미생물 자체가 아닌 대사체를 활용하기 때문에 보관과 유통 문제가 없는 혁신적인 유기농자재 개발이 가능할 것으로 기대를 모았습니다. 이에 따라 2019년부터 18개월간의 KRICT 디딤돌 사업을 통해 미생물 배양과 균주개량에 주력한 최 박사와 ㈜대승바이오팜의 공동연구는 상용화에 필요한 과제 전반의 수주에도 결정적인 마중물 역할을 하게 됩니다. 디딤돌 사업에 이어 2021년 대전광역시-화학연 정밀화학 기술협력사업에 선정되며 사업화의 중요한 동력을 확보하게 된 것입니다. 화학연과 대승바이오팜이 공동 개발한 새로운 유기농자재 ‘화이트엑스’는 당초 타깃인 오이, 딸기, 호박 등의 과채류를 비롯해 곡류와 화훼까지 작물 전반의 흰가루병 예방과 치료에 효과를 보이고 있는 것으로 알려지고 있습니다. 또한 앞의 두 사업을 연결고리로 농촌진흥청 생물다양성위협외래생물제거기술 사업, 농림축산식품부 핵심농자재 국산화 기술개발사업 등의 중장기 과제들까지 수행하게 된 최정섭 박사와 대승바이오팜 연구진은 현재 ‘국내 1호 생화학 제초제’가 될 토양 방선균 대사체 기반의 제초제 개발에 더욱 주력하고 있는데요. 또한 이 같은 협력관계를 바탕으로 환경 영향을 받지 않고 효과가 균일한 살균제, 부영양화 등에 따라 자주 발생하는 녹조현상에 적용하기 위한 무독성 친환경 조류제거제와 이끼제거제 등으로 계속해서 상용화 연구개발의 범위도 확대해가고 있습니다.   친환경 작물보호제 수출국으로 의약과 함께 정밀화학의 양대 산맥을 이루는 제초제, 살충제, 살균제 등의 작물보호제는 화학연이 1976년 설립 당시부터 많은 공을 들여온 연구개발 분야입니다. 한창 식량 자급률을 높여가던 국내 농민에게 환경에 안전하고 효과가 좋은 작물보호제를 보다 저렴한 가격에 공급하는 것이 초창기의 중요한 임무 중 하나였지요. 여기서 한 발 더 나아가 1990년대부터는 초대형 국가연구개발사업인 G-7 프로젝트를 통해 대부분 수입에 의존하고 있던 농약 원료의 국산화 연구개발 기반을 대대적으로 확충하게 됩니다. 이에 따라 메타미포프, 테라도, 메티오졸린 등 작물보호제 전반에 걸쳐 혁신적인 신물질들을 끊임없이 개발해왔는데요. 화학연의 신물질 연구개발에서 특히 더 주목할 점은 산·학·연 협력의 거점 역할입니다. 신물질은 발굴에서 원제 등록까지 많은 시간과 비용이 소요됩니다. 따라서 시장 트렌드와 기업의 상용화 여건 등에 대한 폭넓은 안목을 바탕으로 본연의 연구개발뿐만 아니라 기술이전 기업과의 지속적인 협력에도 계속해서 관심을 기울여야 하는데요. (주)대승바이오팜과 최정섭 박사 역시 우리나라를 친환경 작물보호제 수출국으로 발돋움시키겠다는 공동의 목표를 향해 한 발, 한 발 꾸준한 전진을 거듭하고 있습니다.  

KRICT 랩투어 "파타고니아 비켜!" K-친환경 의류가 간다     우리나라에서만 매일 4천 톤씩 쏟아진다는 헌옷. 누군가 또 입겠지 생각하며 별다른 고민 없이 수거함에 밀어 넣은 이 옷들은 어디로 흘러갈까요? 지난해 방송대상을 수상한 KBS 환경스페셜 ‘옷을 위한 지구는 없다’는 쉽게 옷을 사들이고 또 쉽게 버려온 국내의 시청자들에게 큰 충격을 안기기에 충분했습니다. 실제로 재활용되는 헌 옷은 단 5%. 나머지 95%는 가난한 저개발국들로 수출돼 거대한 쓰레기 무덤을 이루고 있었던 것이지요.     똑같은 플라스틱이지만 세계적으로 옷 잘 입기로 소문난 한국인의 의류 구매량은 연평균 1인당 68개에 이릅니다. 그만큼 버리는 양도 많습니다. 중고의류 수출액이 미국, 영국, 독일, 중국에 이어 세계 5위입니다. 인구수를 놓고 보자면 사실상 1위인 셈인데요. 그렇게 버리는 옷들 중 극히 일부는 구제 샵 등에서 다시 유통되기도 합니다. 하지만 대부분 컨테이너에 실려 개발도상국으로 향합니다. 최종 도착지 중 한 곳인 아프리카 가나에는 매주 1,500만 벌의 헌 옷이 전 세계로부터 쏟아져 들어와 마구잡이로 소각되거나 강물에 그대로 처박힙니다. 더 큰 문제는 이런 의류를 만드는 데 사용되는 합성섬유의 절반 이상이 플라스틱 재질이라는 점입니다. 세계적으로도 분리수거를 잘하는 우리나라에서는 폐 페트(PET) 병의 80% 정도가 재활용됩니다. 하지만 옷으로 모습을 바꾼 플라스틱에 대해서는 무심합니다. 실제 한강에서 채취되는 미세 플라스틱의 최소 절반이 합성섬유 세탁 과정에서 나온 것이라는 연구 결과도 발표되었지요. 옷을 만드는 염색 과정도 버려지는 헌옷 이상으로 환경에 악영향을 줍니다. 염색과정이 반복되는 섬유·의류산업은 전 세계 물 소비량의 20%를 차지하며 폐수 배출 비중도 그와 맞먹습니다. 또한 고온의 열처리가 반복되는 까닭에 지구 전체 온실가스 배출량의 10%가 섬유·의류산업에서 나온다는 UN 보고서도 있습니다. 낮은 임금을 바탕으로 세계에서 두 번째로 많은 의류를 생산하는 방글라데시에서는 염색 과정에서 사용된 독성 물질이 그대로 운하와 강물에 버려져 주민들의 삶과 주변 해역 바다 생태계를 위협하고 있습니다.   세계 최초 합성섬유 재활용 기술 (좌) 출처: 파타고니아 홈페이지(patagonia.co.kr) / (우) 해양 미세플라스틱 플라스틱 폐기물 중 투명하고 깨끗한 PET는 상대적으로 선별 수거와 원료 재활용률이 높습니다. 환경에 대한 부담에 따라 재활용 의류 소재 개발이 필요한 섬유산업계도 주로 폐PET 병의 자원 재순환에 관심을 기울이고 있습니다. 이에 따라 현재 생산되는 재활용 섬유의 99%가 폐 PET병을 원료로 만들어지고 있습니다. 세계적인 친환경 의류 브랜드 파타고니아(patagonia)가 대표적이지요. 문제는 지금 현재 버려지고 있는 헌옷, 즉 다양한 재질과 색상이 혼합된 합성섬유를 원료로 되돌릴 수 있는 기술이 마땅치 않다는 것입니다. 국제환경단체들에 따르면 매년 전 세계에서 새로 탄생하는 ‘신상’ 의류는 1,000억 벌. 그중 330억 벌이 한두 번 입거나 뜯지도 않은 상태로 1년 안에 버려진다고 합니다. 이런 가운데 다양한 플라스틱 선순환 기술을 개발해온 한국의 화학연이 최근 다시 한 번 특별한 기술로 국제적인 관심의 대상이 되고 있습니다. 화학연에서는 그간 폐플라스틱을 저온에서 합성 이전의 상태로 되돌리는 플라스틱 재활용 기술, 자연에서 쉽게 분해되는 생분해성 플라스틱 기술, 제철소의 부생가스로 플라스틱 원료를 생산하는 기술 등을 개발해 왔는데요. 이번에는 선별과 분리가 어려워 소각 아니면 자연에 그대로 버려져온 유색섬유와 혼방섬유를 획기적으로 줄일 수 있는 친환경 기술로 세계를 놀라게 한 것이지요. 1876년 창립돼 전 세계 화학계의 할아버지라 불릴 만큼 역사가 깊은 미국화학회(ACS)는 지난 해 12월 ‘지속가능한 화학 및 엔지니어링(Sustainable Chemistry & Engineering)’의 창간 10주년 기념호를 발행했습니다. 자랑스럽게도 이 저널의 표지를 장식한 것이 화학연 조정모 박사팀이 개발한 세계 최초의 ‘합성섬유 폐기물 재활용’ 기술이었습니다. 버려지는 섬유 내 염료의 화학적 성질을 이용해 재활용 원료를 효과적으로 분리하고 합성 이전의 원료로 되돌릴 수 있도록 한 것입니다.   보다 건강하고 아름답게   섬유 폐기물의 재활용을 위해서는 재질별 분류 작업이 필수적입니다. 현재까지는 사람의 수작업, 아니면 원료 비중에 따라 물에 뜨고 가라앉는 정도를 식별하는 방법밖에 없어 비용과 시간 면에서 매우 비효율적이었지요. 어렵게 분류가 되더라도 이물질이 많아 재활용하는 것도 쉽지 않았습니다. 이에 따라 화학연 연구진은 혼합 폐섬유 중에서 오직 ‘폴리에스터(PET)’에만 작용하는 추출제를 개발했습니다. 헌옷들 중에 먼저 색깔이 있는 섬유만 분류한 뒤 연구진이 개발한 생분해성 화합물을 접촉시켜 탈색이 일어나면 폴리에스터 소재라는 것을 쉽게 판별할 수 있도록 한 것인데요. 여기에 사용된 추출제를 회수한 뒤 다시 무색 섬유에 적용하면 이번에는 반대로 폴리에스터에서만 염색이 일어납니다. 색상이 있는 옷과 없는 옷 모두에서 원료물질을 추출할 수 있게 된 것입니다. 이런 화학적 선별 기술은 오차율이 낮은 데다 기존에 어려웠던 염료 제거까지 가능한 기술인데요. 이에 더해 화학연 연구진은 유색 폐 폴리에스터 섬유와 폐 PET 등을 기존보다 더 낮은 온도(200→150℃)에서 원료 구조나 형태에 상관없이 2시간 내에 빠르게 분해해 고부가 단량체로 전환하는 ‘저온 콜라이콜리시스 반응 기술’을 개발하는 데도 성공했습니다. 이를 앞서의 선별 기술과 연계하면 반응 및 정제 과정과 에너지 사용량을 크게 낮출 수 있어 ‘친환경’과 ‘경제성’의 두 마리 토끼를 함께 잡을 수 있는 것이지요. 화학연이 탄생시킨 이 세계 최초의 합성섬유 재활용 기술은 현재 국내 기업에 이전돼 소재를 분리하고 다시 원료로 합성하는 해중합 실증 플랜트 구축이 한창입니다. 2025년경부터는 본격적인 재생 단량체 생산과 함께 세계시장 수출이 가시화될 것으로 보이는데요. 한국의 혁신적인 합성섬유 폐기물 재활용 기술이 본능적인 미의 추구와 환경 파괴의 죄책감 사이에서 갈등하는 전 세계 패션 피플 모두에게 건강한 해방구가 될 수 있기를 기대합니다.

KRICT 스페셜2 '신세기 프로메테우스' 화학연의 에너지 소재기술   화석연료의 대체 에너지원 확보를 위한 전 세계의 움직임은 크게 두 가지 방향으로 전개되고 있습니다. 하나는 원자력 발전의 확대입니다. 하지만 안전성에 대한 불안감이 여전히 걸림돌입니다. 이에 따라 보다 안전하고 친환경적인 재생에너지와 수소에너지 개발에 많은 관심을 기울이고 있습니다.   ？인류 난제 해결을 향한 모험   태양에너지 천재의 대명사 아인슈타인은 1905년 상대성 이론 발표 후 거의 매년 노벨상 수상이 거론됐습니다. 하지만 상대성 이론이 실험으로 검증할 수 있는 성질의 것이 아니었던 까닭에 10년이 넘도록 만년 후보 신세를 벗어날 수 없었습니다. 1921년 마침내 그에게 노벨상을 안긴 업적은 상대성 이론이 아니었습니다. 금속에 빛을 쬐면 전류가 흐른다는 ‘광전효과’ 덕분이었지요. 오늘날 재생에너지의 상징과도 태양전지 개발의 서막이 오르는 순간이었습니다. 1954년 미국 벨연구소에서 처음 상용화된 태양전지는 1세대 실리콘, 2세대 박막형 태양전지로 발전을 거듭하며 오늘날 전 세계 재생에너지 시장의 대표주자로 올라섰습니다. 특히 기후변화의 위협과 화석연료 고갈 가능성이 본격적으로 대두되기 시작한 1990년대 이후에는 매년 30% 이상의 폭발적인 성장세를 거듭해오고 있습니다. 하지만 한계가 있습니다. 현재 주류를 이루는 결정질 실리콘, 박막계 태양전지는 제작에 수천 도의 고온 제조공정이 필요해 에너지 사용량과 온실가스 배출량이 모두 많습니다. 설치와 폐기 시의 환경부담도 결코 무시할 수 없습니다. 20% 수준의 광전변환 효율 역시 내내 제자리걸음입니다. 최근 더욱 악화되고 있는 국제사회의 갈등 속에 전 세계 생산량의 대부분이 특정 국가에 편중돼 있다는 것도 불안요소입니다. ‘페로브스카이트’ 태양전지가 21세기 세계 태양광 발전 산업의 새로운 다크호스로 급부상한 것도 이 때문입니다. 결정구조에 따른 다양한 물성으로 이미 오래 전부터 과학계의 흥미로운 연구주제였던 페로브스카이트는 2009년 고유의 반도체 특성으로 기존의 비정질 실리콘·박막계 태양전지를 대체할 수 있다는 가능성이 알려지며 단숨에 세계 태양전지 연구개발의 기대주로 떠올랐습니다.   화학연은 현재 전 세계 페로브스카이트 태양전지 연구개발의 최전선에 서 있습니다. 효율이 높은 무기 태양전지와 유연하고 가격 경쟁력이 뛰어난 유기 태양전지의 장점을 한 데 모을 수 있는 무·유기 하이브리드 태양전지 개발에 연구력을 집중한 화학연 연구진은 2018년 세계 최고 권위의 과학저널 <네이처>에 유기 반도체와 무기 광흡수체 나노 구조의 장점을 융합한 페로브스카이트 태양전지의 새로운 정공수송 소재 개발 논문을 게재합니다. 나아가 2021년에는 마의 벽으로 여겨졌던 25%를 뛰어넘어 1세대 실리콘 태양전지의 최고효율과 맞먹는 25.2%의 효율을 달성하는 연구 성과로 <네이처>의 표지를 장식했습니다. 2023년 올해 화학연 연구진은 재료 또는 공정에 원하는 효과를 주기 위해 첨가하는신규 도펀트를 개발, 페로브스카이트 태양전지 200㎠ 이상 대면적에서 18.24%의 세계 최고 수준 효율을 기록했습니다. 화학연의 태양전지 연구가 세계를 주도하는 이유는 또 있습니다. 우수한 성능의 원천소재뿐만 아니라 상용화의 열쇠인 양산기술 개발도 동시에 이뤄지고 있다는 점입니다. 원천소재와 양산기술의 유기적인 연계는 간헐적인 에너지 생산과 수급 불균형이란 태양광 발전의 약점을 해결할 중요한 혁신의 도구들을 한 손에 쥘 수 있게 됨을 의미합니다. 차세대 태양전지의 상용화를 위해서는 대면적화 기술, 대량생산 기술, 적층물질의 안정화 기술이 필요합니다. 이에 따라 화학연 연구진은 원천소재의 효율 향상과 단위소자 기반의 핵심기술을 바탕으로 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 개발하는 데 주력하고 있습니다.  이와 함께 여러 가지 물질을 적층하는 데서 오는 불안정성을 해결할 안정화 기술과 더불어 페로브스카이트 전 단계의 물질들을 하나로 조합해 간편하게 기성품으로 제작할 수 있는 전구물질 제조기술과 관련 장비 개발을 통해 국내 산업계의 페로브스카이트 태양전지 상용화 가능성을 차근차근 높여가고 있는 중입니다.     수소에너지 물과 유기화합물의 형태로 자연 어디에나 존재하는 수소는 태양에너지에 버금가는 차세대 에너지원입니다. 태양광 같은 재생에너지의 유휴 전기로 물을 분해해 이산화탄소가 발생하지 않는 친환경 수소를 만드는 선순환 모델을 구축할 수 있다는 것도 강점입니다. 이에 따라 세계 각국은 시시각각 다가오는 탄소중립 의무 시한과 산업 지형 변화에 맞서 수소에너지 활성화에 큰 힘을 쏟고 있습니다. 경제적이고 안정적인 수소 생산, 수소 연료로 전기를 생산하는 수소연료전지의 효율성 향상, 대용량의 수소를 생산기지에서 실사용 영역까지 쉽고 안전하게 저장·운송하는 기술 등 수소에너지 연구개발 전주기에 걸쳐 주도권을 선점하려는 다툼도 더욱 치열해지고 있습니다. 특히 수소 연료를 저장했다가 수요에 맞게 전기로 바꿔 공급하는 수소연료전지는 수소에너지 생산·저장·활용 사이클의 핵심 연결고리라 할 수 있습니다. 수소차 같은 이동형 수소연료전지와 가정, 도심, 산업단지 등의 고정형 수소연료전지는 그 자체로 작은 발전소이자 공기청정기입니다. 이런 크고 작은 수소연료전지를 통해 에너지 생산과 소비가 이뤄진다면 대형 발전 시설의 건설과 관리에 필요한 비용은 물론 송전 중에 허공으로 사라지는 전력 손실도 대폭 줄일 수 있게 됩니다. ‘이온교환막’은 현재 전 세계적으로 가장 각광받고 있는 수소연료전지인 고분자전해질연료전지(PEMFC)의 심장이라 불릴 만큼 핵심적인 소재입니다. 하지만 안타깝게도 우리나라는 세계 선두권의 수소연료전지 생산 기술과 수소전기차 등의 활용 능력에도 불구하고 이온교환막을 국산화하지 못한 채 전량 수입에 의존해왔습니다. 이에 따라 화학연은 이온교환막 국산화, 그중에서도 특히 비싼 가격과 제조 과정상의 유독성 중간체 생성 등의 단점이 있는 기존 이온교환막을 뛰어넘는 새로운 이온교환막 원천기술 개발에 나서게 됩니다. 화학연이 특별히 주목한 것은 ‘비과불화탄소계 이오노머’입니다. 비과불화탄소계 이오노머는 기존 이온교환막 대비 5~10배 이상의 높은 이온 선택 특성, 10분의 1 이하의 저렴한 합성 공정, 단량체 구조 및 특성과 합성 디자인의 다각화로 다양한 맞춤형 설계가 가능하다는 특성이 있습니다. 새로운 이온교환막 개발이라는 중장기 과제에 착수한 화학연은 약 10년간의 연구개발을 통해 비과불화탄소계 이오노머 설계 기술을 확립한 후 한층 도전적인 행보에 나섭니다. 당시 화학연이 가능성을 탐색 중이던 ‘흐름전지’와 ‘음이온교환막 연료전지’의 새로운 영역에 진입한 것입니다. 흐름전지는 20년 이상의 장기적인 수명과 안정성을 가지고 있고, 용도에 맞게 크기와 용량을 자유롭게 조절할 수 있어 재생에너지를 저장하는 중대형 ESS의 핵심기술이 될 것으로 기대를 모았습니다. 또 다른 과제로 부상한 음이온교환막 연료전지(AEMFC)는 양이온 교환막이 적용되는 PEMFC가 고가의 백금 촉매를 사용하는 것과 달리 니켈과 구리 등의 비백금계 촉매를 사용해 연료전지 제조비용을 대폭 낮출 수 있어 산업계의 관심이 매우 높았습니다. 그 외에도 연구원은 관련 분야에서 여러 괄목할만한 연구성과를 창출했습니다. 먼저 오랜 기간 지속돼 왔던 비과불화탄소계 이오노머 연구개발이 세계 최초의 레독스 흐름전지용 부분가지형 이온 교환막 개발을 넘어 롤투롤 인쇄 공정 기반의 대면적 연속식 제조기술로 한층 상용화에 가깝게 다가선 것입니다. 세계적인 기록은 AEMFC 부문에서도 탄생했습니다. 화학연이 국산화에 성공한 AEMFC의 핵심소재 음이온교환막과 전극 바인더의 성능이 기존 상용소재보다 3배나 더 높은 이온교환능과 안정성을 나타낸 것입니다. 이 같은 성과들을 기반으로 화학연은 비과불화탄소계 이오노머 원천기술을 미래형 에너지 저장·변환 장치 등으로 확대 적용하기 위한 연구개발에 더욱 박차를 가했습니다. 2020년 에너지 분야 국제 저널의 표지 논문으로 게재된 고출력 에너지 소자용 이오노머 3D 프린팅 기술, 이어 2023년 다시 한 번 국제 저널의 표지를 장식한 가지사슬 구조의 친환경 수전해용 이온 교환막 기술이 대표적입니다. 화학연은 현재 수소연료전지와 흐름전지, 수전해, 재생에너지 등 미래 에너지 산업의 높은 연계성과 함께 미지의 유동성에도 모두 효과적으로 대응할 수 있는 ‘Power to X’ 기술 개발에 연구력을 집중하고 있습니다. 차세대 이오노머·전극 접합체, 고안정성 단위셀, 독립형 에너지 변환·저장 플랫폼 기술 등이 그것입니다.   이차전지 전기의 재사용을 가능하게 한 ‘이차전지’는 시간이 흐를수록 더욱 작고 강력해지며 이제 소형가전부터 전기자동차까지 배터리 없는 세상을 상상할 수 없게 만들 만큼 현대 사회의 필수 동력원으로 자리를 잡았습니다. 화학연은 이차전지 산업의 중요성이 크게 높아지던 2011년 무렵 차세대 이차전지에 대한 연구개발을 본격화했습니다. 그 가운데서도 현재 리튬이온 배터리 독주체제의 가장 강력한 대항마로 떠오르고 있는 고체 고분자 전고체 배터리, 리튬황 배터리와 또 다른 다크호스인 리튬공기 배터리를 중점적으로 연구해왔습니다. ‘고분자 전고체 배터리’는 전기차 화재의 주범으로 지목받고 있는 액체 전해질 대신 고체를 이용하는 리튬이온 배터리입니다. 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 매개체를 고체로 만들어 단락으로 인한 화재 가능성을 크게 낮추는 것입니다. 또한 5~10분 정도로 충전 시간이 매우 짧고, 한 번 충전으로 확보할 수 있는 주행거리도 리튬이온배터리보다 훨씬 긴 것으로 알려져 있습니다. 고체 전해질로 크기와 부피, 무게를 줄이기 쉬운 것도 강점입니다. 배터리 크기가 작아질수록 차량의 편의장비와 활용공간이 더욱 늘어나기 때문입니다. 이에 따라 전고체 배터리 상용화를 위한 전 세계의 움직임이 더욱 바빠지고 있는 가운데, 화학연은 2022년 고분자 전고체 배터리의 핵심기술을 국내 소재기업에 이전했습니다. 화학연 연구진이 개발한 고분자 전고체 배터리는 기존에 알려진 전고체 배터리용 고체전해질보다 뛰어난 이온전도도, 유연성의 고분자 고체전해질과 우수한 복합전극 기술이 적용되며 전고체 배터리 고유의 강점인 에너지밀도와 안전성을 한층 더 향상시킨 것입니다. 화학연의 또 다른 주요 연구 분야인 ‘리튬황 배터리’는 황(S)을 양극재로 사용합니다. 황은 부존자원도 풍부한 데다 정유와 철강 산업의 부산물로도 많이 생산되기 때문에 배터리의 가격을 크게 낮출 수 있습니다. 또한 에너지밀도가 이론적으로 리튬이온 배터리보다 최소 2배에서 최대 10배에 이르는 것으로 보고되고 있어 상용화에 성공할 경우 전기차 배터리 시장의 신흥 강자로 부상할 가능성이 높습니다. 하지만 황 자체로는 전기전도도가 낮습니다. 이에 따라 화학연은 황 전극의 전기화학 성능을 향상시키기 위해 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 전도성 소재와 복합체를 제조하여 용량뿐만 아니라 수명특성까지 늘리는 연구 성과를 낳고 있습니다. 또한 방전 반응 중 형성되는 리튬폴리설파이드의 용해도로 인해 계면 반응 안정화가 어려워 수명특성이 낮아지는 현상을 해결하기 위해 계속해서 새로운 겔 혹은 고체 고분자 전해질을 도입해 보다 안정적이고 효율적인 리튬황 배터리 제조 기술 확보에 주력하고 있습니다. ‘리튬공기 배터리’리는 공기 중의 산소를 이차전지의 양극재로 사용하는 초경량 전지입니다. 산소의 산화·환원 반응을 반복하는 것만으로도 기존 리튬이온 배터리의 10배 이상 에너지를 저장할 수 있기 때문에 궁극의 차세대 배터리로도 불립니다. 화학연은 리튬공기 배터리 방전반응에서 산소 소모량과 충전반응의 반응 생성가스를 실시간 평가할 수 있는 장비를 국내 최초로 설치해 리튬공기 배터리의 핵심인 전극 및 전해질 소재 개발에 활용하는 한편, 리튬공기 배터리 실시간 분석기술을 국내 주요 자동차 제조사에 성공적으로 이전한 바 있습니다. 이와 함께 이차전지 4대 소재인 양극재, 음극재, 분리막, 전해질의 소재기술 혁신을 통해 기존 리튬이온 배터리의 경쟁력을 한층 더 강화하기 위한 연구도 한창입니다. 화학연은 현재 상용화된 리튬이온 배터리를 더 소형화하면서도 더 오래, 더 빠르게 사용하고 충전할 수 있는 새로운 전극 소재 개발에 집중하며 차세대 이차전지의 핵심기술 연구개발 전반에서 고른 성과를 양산하고 있습니다.     에너지 하베스팅 화석에너지 이후의 미래 에너지 패러다임에서 중요한 것은 풍족한 에너지원의 발굴뿐만이 아닙니다. 산업과 일상, 자연에서 알지 못하는 새 낭비되는 에너지들을 회수해 다시 전기 에너지로 전환하는 에너지 하베스팅(Energy Harvesting) 또한 주목해야 할 흐름입니다. 에너지 하베스팅 기술로 수확할 수 있는 에너지의 범위는 매우 다양합니다. 태양광, 풍력 같은 자연의 에너지부터 산업 현장의 폐열, 동식물에서 발생하는 작은 열도 수집과 이용의 대상이 될 수 있습니다. 이렇게 온도차로 전기를 만들거나, 거꾸로 전기를 공급해 가열과 냉각 기능을 구현하는 것이 ‘열전소재’입니다. 현재 열전소재를 이용한 가장 대표적인 사례로는 냉·온 정수기와 와인쿨러 등을 꼽을 수 있습니다. 하지만 전기를 사용해 발열과 냉각을 일으키는 열전소재와 달리, 열을 이용해 전기를 생산하는 열전소재는 아직 개발되지 않고 있습니다. 이에 따라 세계 각국의 연구소와 기업에서는 자동차 엔진과 머플러의 폐열을 이용한 냉난방 시트 등을 비롯해 열전 반도체, 우주항공용 단열·방열 소재, 광학센서 및 무선센서 냉각 장치 등 산업과 기초과학 전반으로 열전소재의 적용 범위를 넓히기 위한 연구개발이 활발합니다. 이 가운데서도 화학연이 특별히 주목해온 것은 ‘사람의 체온’을 이용한 열전소재입니다. 평균 36.2~37.5℃인 체온과 외기의 온도 차이를 이용하면 최대 700W까지 전력을 발생시킬 수 있는 것으로 알려지고 있습니다. 일반적으로 스마트워치 같은 웨어러블 기기 작동에 필요한 에너지가 5W 미만임을 감안하면 사람의 체온을 이용하는 열전소재로 얼마나 많은 웨어러블 기기의 전력을 충당할 수 있는지를 가늠할 수 있습니다. 2014년부터 유기소재를 이용해 사람의 체온을 전기로 변환하는 유기열전소자 개발을 추진해온 화학연의 연구개발 목표는 ‘고효율 열전소자’, ‘자유로운 형상 구현’ 그리고 상용화에 필수적인 ‘대면적화’를 위한 원천기술 확보라는 3가지 키워드로 압축할 수 있습니다. 그리고 약 3년간의 길지 않은 시간 만에 첫 번째 성과를 내놓았습니다. 유기 고분자 소재와 카본나노튜브를 복합화한 유연 열전소재를 개발한 것입니다. 이 혁신적인 열전소재 원천기술은 계속되는 연구개발을 통해 고출력 수직열전모듈 제작과 120 ㎼의 열전파워출력 시연에까지 이르게 됩니다. 흑린을 이용한 새로운 열전소재 개발도 이어졌습니다. ‘포스포린’으로도 불리는 2차원 흑린은 지구상의 풍부한 원소인 인(P)으로 만들기 때문에 기존에 주로 연구되던 열전소재들과 달리 고갈 우려가 없고 인체에도 무해합니다. 하지만 흑린 자체만으로는 공기 중에서 쉽게 산화되어 대기 중 안정성이 떨어지고 전기전도도 역시 낮아서 이를 극복하기 위한 연구가 필요한 상황이었습니다. 화학연은 흑린 덩어리를 얇은 층의 판으로 떼어낸 후 표면에 금 나노입자를 결합시켜 공기 중 안정성을 높이는 한편 전기전도도를 기존 흑린보다 약 6만 배 이상 향상시킨 흑린 열전소재를 개발했습니다. 또한 이 새로운 흑린 소재를 고무 기판 내의 구멍에 떨어뜨리는 잉크젯 프린팅 형태로 인쇄하는 간단하고 저렴한 제조 방식을 통해 열전소자로 구현하는 데도 성공합니다. 새로운 유기열전 소재와 공정, 소자의 핵심기술 개발에서 거듭 주목할 만한 연구 역량을 드러낸 화학연은 시간이 갈수록 한층 더 상용화에 가까운 기술들을 선보이기 시작했습니다. 2019년 탄생한 ‘스펀지형 유연 열전소재 탄소나노튜브 폼’이 대표적입니다. 이 열전소재는 낮은 열전도도와 함께 스펀지처럼 자유자재로 휘어져 신체에 부착하는 웨어러블 기기를 비롯해 경량화가 요구되는 자동차, 우주항공 분야까지 다양한 분야에 적용이 가능합니다. 이 해에는 앞서 120 ㎼의 열전파워출력을 시연했던 고출력 수직열전모듈 제작 기술이 135 ㎼의 고집적 접합형 수직열전모듈 제조법으로 발전하며 다시 한 번 KRICT 혁신기술에 선정되기도 합니다. 화학연 연구진은 2020년, 또 한 번 새로운 유기열전소재 개발에 성공하며 국제적으로 두각을 드러냈습니다. 강력한 유기열전소재 후보로 전 세계적인 주목을 받던 고분자 ‘폴리티오펜’의 열전성능을 대폭 향상시킨 것입니다. 일반적으로 고분자 소재는 전기가 잘 흐르지 않습니다. 하지만 폴리티오펜이라는 특정 고분자는 다른 물질을 도핑하면 열전 성능이 향상된다는 사실이 알려지며 이를 활용하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발해졌지만 일주일만 지나도 열전성능이 80% 이상 떨어진다는 한계에 부딪혔습니다. 공기 중의 산소와 수분 때문입니다. 이에 따라 화학연 연구진은 폴리티오펜 소재 위에 소량의 염화금 용액을 도포해 열전성능을 높이는 염화금 이온과 열전성능 유지에 도움이 되는 금 나노입자가 생성되는 독특한 고분자 결정 구조를 만들었습니다. 이렇게 제작된 폴리티오펜 열전소재는 공기 중에서 3주 이상 장시간 열전성능이 유지되는 것으로 확인됐습니다. 특히 화학연이 새로 개발한 폴리티오펜 열전소재는 신문을 인쇄하듯 찍어내는 프린팅 공정으로 상온에서 간단하고 저렴하게 제작하는 방식이어서 많은 관심을 모으고 있습니다. 현재 화학연은 고인성·고효율의 대면적 유연열전모듈 제조기술을 개발하는 데 더욱 박차를 가하고 있습니다. 이를 통해 웨어러블 헬스케어 시장에서 다양한 센서와 스마트 디바이스의 자가발전 전원으로 응용될 수 있는 자유형상 열전소자를 완성하겠다는 목표입니다.

KRICT 스페셜 1 꺾이지 않는 물가상승, 주범은?     물가가 연일 고공행진 중입니다. 월급 빼고 다 오른다는 아우성이 요즘처럼 피부에 와 닿는 때도 없던 것 같습니다. 비단 우리나라뿐만이 아닙니다. 전 세계의 시민들이 고물가와 실질소득 감소에 울상 짓고 있습니다. 코로나19 사태 이후 좀처럼 수그러들 기미가 보이지 않고 있는 물가 상승은 무엇 때문일까요?     "문제는 에너지야!" 최근의 전 세계적인 물가 오름세는 통화량과 유동성 증가, 보복소비와 공급 병목현상, 주거비와 임금상승 압박 등 여러 가지 복잡한 요인들이 상승작용을 일으키고 있는 것이라고 하는데요. 영국의 공영방송 BBC는 “이 가운데서도 특히 원유, 천연가스, 광물 등 주요 원자재 가격의 지속적인 상승세가 전 세계적인 물가 상승을 주도하고 있다”고 분석하고 있습니다. 대표적인 요인이 2022년 2월부터 계속되고 있는 러시아-우크라이나 전쟁입니다. 러시아는 사우디아라비아, 미국에 이어 세계에서 세 번째로 많은 원유를 생산하는 국가입니다. 수출량으로는 세계 2위입니다. 하지만 서방 세계의 경제제재로 많은 나라들이 러시아산 원유와 천연가스 수입을 대폭 줄였고, 이는 에너지 비용의 상승으로 이어졌습니다. 이에 더해 OPEC 회원국 등 주요 산유국들이 앞다퉈 판매가격을 인상하고, 세계 최대 석유 소비국인 중국까지 코로나 봉쇄가 해제되며 유가 상승을 더욱 부채질하고 있습니다. 높아진 국제유가는 당연히 수입 물가 상승, 각종 산업비용 증가, 공공요금 인상 압력으로 이어집니다. 치솟는 외식비용은 둘째 치고 지난겨울 모두를 화들짝 놀라게 했던 난방비, 전기료 폭등 사태가 다가오는 여름철 냉방비 대란으로 재현될 가능성도 높지요. 이에 따라 우리 정부는 고심 끝에 막대한 세수 펑크를 각오하고 한시적인 유류세 인하 조치를 재연장하며 물가 안정에 올인하고 있는데요.   새로운 글로벌 리더십의 열쇠 전 세계적인 에너지 비용의 증가는 실상 하루 이틀에 해결될 일이 아닙니다. 시시각각 변화하는 국제 정세, 끊이지 않는 자원 갈등, 그리고 기후변화를 막기 위해 에너지 생산과 소비 전 영역에 걸쳐 점점 더 강화되고 있는 환경규제 추세 속에 계속해서 높아질 일만 남았다고 생각하는 게 마음 편할 수도 있는 일입니다. <!--[endif]--> <o:p></o:p> 한 가지 희망이 있다면 친환경적인 동시에 경제적인 차세대 에너지원을 찾기 위한 세계 과학기술계의 분주한 움직임입니다. 이에 누가 먼저 미래 에너지 기술을 선점하느냐에 따라 세계의 권력 지도와 경제 질서가 뒤바뀌게 될 것이란 예측이 갈수록 더욱 힘을 얻어가고 있습니다. 새로운 에너지 기술의 주도권이 향후 국제사회를 이끌어갈 차세대 리더십의 승부처가 될 것이란 전망입니다.<!--[if !supportEmptyParas]-->  이에 따라 세계 각국은 화석연료의 대안이 될 새로운 범용 에너지원 발굴에 국가적인 노력을 기울이고 있습니다. 그 가운데서도 가장 이상적이며 또한 현실적인 미래 에너지원으로 손꼽히고 있는 태양광·풍력·지열 등의 재생에너지, 자연 어디에나 존재하는 수소에너지, 이미 오랜 시간 연구와 응용을 통해 효율성이 검증돼온 원자력에너지 등의 혁신기술 연구개발에 관심과 투자를 아끼지 않고 있습니다.     공정하고 평등한 출발선 에너지 패러다임의 급격한 변화는 자원빈국인 우리나라로서는 더없이 매력적인 기회이기도 합니다. 천혜의 자원이 없어도 이제 지식과 기술과 노력 여하에 따라 어느 나라든 선두의 자리를 꿰찰 수 있는 아주 공정하고 평등한 출발선이 열린 셈이기 때문입니다. 관건은 바로 핵심 원천기술의 확보입니다. 현재 에너지 신기술 개발에 주력하고 있는 과학기술 주요 선진국들의 동향에서 과감한 투자 이상으로 주목해야 할 점은 다가올 미래 에너지 밸류체인 내에서의 전략적인 포지셔닝입니다. 바로 새로운 에너지 핵심원천기술의 수출국 지위 선점이지요. 현재 펼쳐지고 있는 국제사회의 치열한 에너지 패권 경쟁이 결국 ‘누가 더 친환경적이고 경제적인 에너지 기술을 개발·공급하게 될 것인가’로 판가름 나게 될 것이기 때문입니다.<!--[if !supportEmptyParas]--><!--[endif]--> <o:p></o:p> 독일과 일본이 대표적인 경우라 할 수 있습니다. 미국, 중국, 러시아 등과 비교해 부존자원량은 물론 태양광, 바람 등의 안정적이고 지속적인 재생에너지원 공급 모두 상대적 열세에 놓여 있는 이들 국가에서는 고부가가치의 미래 에너지 기술 개발과 수출에 주력하고, 이를 기반으로 해외에 안정적인 에너지 공급망을 구축한다는 일종의 생산기지 현지화 전략의 움직임이 두드러지게 나타나고 있는 것입니다.       국정과제 실현의 핵심기관으로 갈수록 국가 총력전 양상으로 격화되는 에너지 패권 경쟁 속에서 우리나라 역시 주도권과 협상력의 열쇠가 된 혁신적인 미래 에너지 기술 확보를 위해 상당 기간 범정부적인 노력을 계속해 오고 있습니다. 이는 새 정부가 야심차게 추진 중인 120대 국정과제에서도 상위를 차지하고 있는 ‘에너지안보 확립 및 에너지 신산업·신시장 창출’이란 주요과제를 통해서도 잘 드러나고 있는데요. 정부가 제시하고 있는 태양광·풍력 산업 고도화와 에너지 신산업 육성, 청정수소의 안정적인 생산·공급 기반 구축 등의 목표는 화학연이 지난 40여 년 간 주력해온 연구개발 목표와 정확히 일치하는 것이기도 합니다. 이에 따라 화학연은 주요 국정과제이자 국가생존기술인 에너지 신기술 연구개발의 중추기관으로서 특히 미래 에너지 문제 해결과 동시에 기후변화 대응의 열쇠가 될 태양전지, 이차전지, 연료전지, 에너지 발전·저장 연계 독립형 에너지원 등의 핵심소재 개발과 성능 향상에 더욱 박차를 가하고 있습니다.