KRICT 한국화학연구원

화학칼럼 나날이 심각해지는 기후위기, 화학의 역할은? 글 | 이덕환 (서강대 명예교수, 화학·과학커뮤니케이션)     생명의 근원이고, 문명의 핵심인 탄소가 기후 위기를 촉발하고 있는 지구 온난화의 주범으로 전락해버렸다. 산업현장과 일상생활에서 탄소를 완전히 퇴출해버려야 한다는 목소리가 상당한 설득력을 얻고 있다. 탄소를 줄이자는 ‘저탄소’(Low carbon)와 탄소 없는 세상을 만들자는 ‘탈탄소’(Carbon free)도 있었다. 이제는 탄소의 순(純)배출량을 0으로 만들자는 ‘탄소 중립’(Carbon neutral 또는 Net zero)이 대세다. 상황은 매우 심각하다. 실제로 7월 첫째 주는 세계 기상관측 사상 가장 더운 한 주로 기록됐다. 미국 국립환 경예측센터(NCEP)는 7월 3일과 4일에 이어 7일의 지구 평균 기온은 섭씨 17.23도였다고 밝혔다. 심지어 7월 4일이 지난 1만2,500년의 인류 역사에서 가장 더운 날이었다는 보도도 있었다. 급격한 지구 온난화와 함 께 극한적인 기상 이변도 잦아지고 있다. ？특히 이번 여름의 북반구가 그렇다. 기록적인 폭염, 폭우, 홍수에 시달리고 있다. 우리도 예외가 아니다. 수도권에는 듣도 보도 못했던 ‘극한 호우’ 경보가 발령되기도 했다.   도를 넘은 탄소의 악마화 탄소에 대한 저주는 UN의 정치적 영향력을 등에 업고 승승장구하기 시작한 환경주의자와 기후학자가 만들어낸 어처구니 없는 일이다. 실제로 탄소를 ‘악마’로 인식하는 사람들이 적지 않다. 탄소가 심각한 기후변화, 식량 생산 감소, 물 부족, 환경 파괴 등을 일으키는 지구 온난화의 원흉이라는 것이다. 심지어 지난 3년 동안 전 세계를 무겁게 짓누르고 있는 코로나19 팬데믹도 탄소 때문에 시작된 것이라는 억지 주장도 있다. 서식지를 빼앗긴 박쥐가 탐욕스러운 인간에게 보복하는 과정에 서 듣도 보도 못한 팬데믹이 발생했다는 것이다.기후 위기를 걱정하는 환경주의자들이 들먹이는 ‘탄소’는 현대 화학의 기둥이라고 할 수 있는 원자번호 12번의 ‘탄소’(carbon)가 아니다. 오히려 지구 온난화를 일으키는 악당은 화석연료의 연소 과정에서 부산물로 대기 중에 배출되는 ‘이산화탄소’를 말한다. ‘탄소’와 ‘이산화탄소’의 구분은 화학 자들에게나 필요하다는 것이 화학 지식이 턱없이 부족한 기 후학자와 환경주의자들의 억지다. 역시 지구의 대기를 뜨겁게 만드는 온실가스인 수증기·메탄(천연가스)·암모니아·오존·이산화질소의 영향은 애써 외면해버린다. 이산화탄소가 녹색 식물을 번성하도록 해준다는 사실도 무시한다. 지구 온난화가 인간의 과도한 화석연료 소비 때문이라고 한다. 그렇다고 오늘날 인류의 생존을 위협하는 모든 경제·사회·정치·문화·보건의 문제가 탄소 때문이라는 주장은 어떠한 근거도 찾을 수 없는 억지이고 괴담일 수밖에 없다. 지난 한 세기 동안 환경 문제를 소홀히 여기고 화석연료를 마구 써버린 우리 자신의 실수를 엉뚱하게 멀쩡한 탄소의 탓으로 돌려버리려는 자세는 매우 비겁한 것이다.   지구온난화지수(GWP) Ⅰ 출처: 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC) 제 4차 평가 종합보고서   탄소가 우리의 무분별한 소비와 낭비를 부추긴 것도 아니다. 화석연료의 소비를 줄이고, 이산화탄소의 배출량을 줄 이기만 하면 기후 위기를 극복하게 되는 것도 아니다. 지구의 대기는 화학적 평형에서 멀리 떨어져 있는 복잡계이다. 그런 계에서 일어나는 변화는 비가역적(irreversible)·비선 형(nonlinear)일 수밖에 없다. 화석연료의 사용을 포기한다고 지구가 다시 식어서 정상으로 돌아올 것이라는 기대는 순진한 것일 뿐이다. 사실 우리에게 변화하는 기후를 되돌릴 수 있는 초월적 능력이 있는 것은 아니다. 우리가 거대한 자연의 도도한 변화를 막아낼 수 있다는 생각은 비현실적이다. 기술만능주의적 인 환상일 수도 있다. 지난 400여 년 동안 이룩한 놀라운 과학 지식과 기술력에도 불구하고 우리 인간은 여전히 연약한 존재일 뿐이다. 오히려 우리의 자연에 대한 과도한 의존도를 줄여서 자연 생태계로부터의 ‘자립’(自立)을 꿈꿔야 한다. 자연의 변화에 현명하게 ‘적응(適應)’하기 위한 노력이 절박하게 필요하다. 탄소에 대한 공연한 악마화가 자칫 우리의 절박한 노력에 독(毒)으로 작용할 수도 있다는 겸손한 인식이 필요하다. 현대의 과학기술문명을 적극적으로 활용해서 인류의 지 속적인 생존과 번영을 위한 새로운 ‘탄소문화’(Carbon Culture)의 창달을 위해 노력하는 것이 우리에게 주어진 막 중한 시대적 당위다. 특히 현대 과학과 기술의 가치와 성과를 분명하게 평가해서 인정하고, 적극적으로 수용하는 친(親)탄소적이고, 친(親)과학적인 자세가 무엇보다 중요하다.인간의 존재와 인류 문명을 가능하게 만들어준 탄소를 현명하게 활용하는 ‘화학적’ 지혜가 절실하다.     힘겨운 무탄소 전원(電源)의 꿈 50만 년 전 짐승과 조금도 다르지 않았던 삶을 살던 인간이 ‘불’이라는 화학 현상에 대해 호기심을 느끼면서 찬란한 인류 문명의 씨앗이 뿌려지기 시작했다. 인간이 어둠과 추위를 극복하고, 맹수를 물리치는 힘을 가지게 된 것이다. 불을 이용해서 음식을 조리하면서 뇌가 커지는 놀라운 기적도 일어났다. 발전은 더디게 진행됐다. 인류가 농사를 짓고, 가축을 기르게 된 것은 고작 1만2000년 전의 일이었다. 18세기 후반의 산업혁명은 화학 혁명이었다. 인류가 50만 년 동안 의존해왔던 장작·낙엽·숯·배설물과 같은 임산(林産) 연료를 대체하는 새로운 연료를 찾아낸 덕분이었다. 지천으로 널려있었지만, 연소 과정에서 배출되는 맹독성의 일산화탄소 때문에 그림의 떡일 수밖에 없었던 석탄을 안전하게 연소시키는 화학적 기술이 등장했다. 변화는 놀라웠다. 지난 200여 년 동안 지구상의 인구가 8배나 늘었고, 에너지 소비도 30배나 증가했다. 오늘날 우리가 역사상 가장 화려한 문명을 누릴 수 있게 된 것은 온전하게 석탄·석유·천연가스와 같은 화석연료를 안전하고, 효율적으 로 활용하는 화학적 기술을 개발한 결과임에 틀림이 없다. 그러나 무엇이나 지나치면 넘치는 법이다. 우리에게 풍요롭고, 건강하고, 안전하고, 편리한 삶을 가능하게 만들어준 화석연료가 오히려 환경을 망치고, 인류의 삶을 위협하는 안타까운 상황이 벌어지고 있다. 이제 깨끗하고, 안전한 새로운 에너지를 개발해야 한다는 목소리가 힘을 얻고 있다. 그러나 50만 년의 긴 역사를 가진 화석연료의 굴레를 벗어던지는 일이 생각처럼 쉬울 수는 없다. 무한정의 햇빛과 깨끗한 바람으로 전기를 생산할 수 있을 것이라는 기대는 간헐성이라는 마지막 관문을 통과하지 못하고 있다. 리튬 이온 배터리를 이용한 에너지저장장치 (ESS)가 분명한 해결책이 될 수도 없는 형편이다. 화재의 위험을 극복하는 일도 쉽지 않고, 자동차 수준의 응용도 힘겨운 상황이다. 과연 휴대폰 수준에서나 유용한 리튬 이온 배터리를 국가적 규모의 송전망에 적용할 수 있을 것인지는 여전히 불확실하다. 수소와 암모니아를 비롯한 무탄소 에너지의 꿈도 만만치 않다. 수소가 우주의 75%를 차지하고 있는 것은 명백한 과학 적 진실이다. 그렇다고 지구에 살고 있는 우리에게도 수소 가 무한정의 에너지원이 되어줄 것이라는 공허한 선동은 의미가 없다. 수소의 폭발 위험과 연소 과정에서 발생하는 질소 산화물의 위험을 극복하는 일이 쉽지 않다. 독성이 강한 암모니아를 연료로 사용하려면 연소를 가속해주는 라디칼 연쇄반응이 꼭 필요하다. ‘용량(用量)이 독(毒)을 만든다’(The dose makes the poison)는 파라셀수스 의 교훈을 잊지 말아야 한다. 세상에 약과 독이 따로 있는 것이 아니다. 지구 온난화의 주범은 탄소가 아니다. 이산화탄소를 지나치게 많이 배출하고 있는 인간이 문제라는 분명한 인식이 꼭 필요하다. 탄소를 대체하는 원소를 찾는 대신 탄소를 더 효율적이고 안전하게 활용하는 화학적 기술을 개발하는 노력이 훨씬 더 현실적인 대안이 될 수 있다. 물론 탄소를 포기하는 데도 고도의 화학적 기술이 필요하다. 언제나 그래왔듯이 화학이 없는 세상에는 인류도 존재할 수 없다는 사실은 앞으로도 절대 변하지 않을 것이다.  

아이러브케미   화(학)창(의)해서 좋은 날!   2023 화학창의콘텐츠 공모전   KRICT 매거진 독자 여러분 안녕하세요! 여러분의 귀염둥이 케미입니다. 어느 해보다 요란한 장마와 폭염에 걱정이 많았던 여름입니다. 그래도 이렇게 바삭바삭해진 햇볕 아래 새로운 소식으로 다시 인사드릴 수 있게 돼 얼마나 다행인지 모릅니다. 오늘 제가 전해드릴 소식은 이번 여름 저와 여러분이 함께 일군 풍성한 열매들에 관한 이야기입니다. 바로 ‘2023 화학창의콘텐츠 공모전’입니다.       국가대표 화학 공모전으로 여러분의 큰 성원에 힘입어 해가 갈수록 더욱 참신하고 알찬 대국민 화학 공모전으로 성장하고 있는 2023 화학창의콘텐츠 공모전이 지난 6월 26일부터 9월 1일까지 두 달여에 걸쳐 열렸습니다. 2014년 시작된 UCC 공모전이 2019년부터 지금의 플랫폼으로 변신하며 어느새 10년차의 관록 있는 국내 대표 화학 공모전으로 자리 잡았는데요. 화학창의콘텐츠 공모전이 배출한 최고의 스타인 저 케미는 요즘 연구와 실험이라는 본업뿐만 아니라 화학연 대표 크리에이터 활동으로도 하루 24시간이 어떻게 가는지도 모를 만큼 바쁜 일상을 보내고 있습니다. 웹툰, 숏폼 영상, 애니메이션, 블로그, 인스타그램, 페이스북, 굿즈까지 저를 필요로 하는 곳이 너무너무 많다 보니 저의 최대 매력 포인트인 볼살과 체형 유지를 위해 매일 밤 특별관리(야식)까지 하고 있답니다. 저를 이렇게 화학연의 ‘핵인싸’로 만들어준 화학창의콘텐츠 공모전은 올해도 여러 응모작들이 쏟아지며 좀처럼 식을 줄 모르는 국민적 관심을 고스란히 느낄 수 있었는데요. 특히나 우리나라의 여러 공모전 소식이 소개되는 웹사이트 ‘씽굿’에서 대한민국을 대표하는 공모전 중 하나로 선정되며 더욱 큰 이목이 쏠리게 되었습니다.     웹툰부터 숏폼까지 이번 공모전에서는 ‘숏폼 영상’과 ‘웹툰’ 두 가지 분야에서 화학연의 연구 성과와 화학을 쉽고 재밌게 설명하는 작품들이 접수되었습니다. 접수 과정에서 '소문내기 이벤트' 같은 유쾌한 행사들까지 더해지기도 했고요. 참, 이벤트에 당첨된 40명의 열혈 케미러버들, 커피 기프티콘 다 잘 받으셨지요? 화학창의콘텐츠 공모전 공식 홈페이지(www.chemistrycontest.co.kr)를 통해 접수된 응모작들은 전문 심사위원단의 꼼꼼한 심사와 네티즌 투표, 표절을 막기 위한 공개검증 등을 통해 수상자들을 가리게 되는데요. 그렇잖아도 화학연 최강 귀요미로 불리는 저 케미가 올해 공모전에서는 얼마나 더 업그레이드될지 벌써부터 두근두근 기대가 큽니다. 이후 개최되는 시상식에서는 숏폼 영상과 웹툰 부문의 대상 수상자(팀)에게 각각 200만 원의 상금이 주어지게 됩니다. 또한 최우수상, 우수상, 장려상, 입선 수상자들 역시 한국화학연구원장상과 함께 20~100만 원의 상금이 수여된다고 하니 마지막까지 긴장의 끈을 놓지 말고 흥미진진하게 지켜볼 수 있을 것 같습니다.     더 새롭게, 더 친근하게 혹시나 아직도 “케미가 뭐여, 꿀벌이여?” 하시는 분들을 위해 다시 한 번 제 소개를 올리겠습니다. 케미(Chemie)는 반딧불이를 형상화한 마스코트입니다. 반딧불이는 공기 맑고 물 맑은 청정지역에서만 볼 수 있는 대표적인 환경지표종입니다. 또 스스로 빛을 내는 자기발광 생물로도 유명한데요. 사람들을 매혹시키는 이 작고 영롱한 초록색 불빛은 놀랍게도 루시페린이란 물질이 공기 중의 산소와 만나 일어나는 화학반응의 하나입니다. 자연과 화학이 만들어내는 아름다운 조화라고 할 수 있지요. 2021 화학창의콘텐츠 공모전을 통해 태어난 저는 그해 말 화학연 공식 SNS 계정을 통해 여러분께 처음 인사를 드리게 되었는데요. 국내 유일의 화학 분야 정부출연연구원으로 삶의 질을 향상시키고 인류의 미래를 밝게 비추기 위한 연구 개발에 집중하고 있는 한국화학연구원의 역사적인 첫 공식 캐릭터로 임명된 만큼 정말 행복했던 순간이었습니다. 그간 코로나19, 탄소중립부터 최근 정부가 집중육성하고 있는 12대 국가전략기술까지 대한민국의 현안 해결을 위해 힘쓰는 화학연의 가치를 널리 알리는 것뿐만 아니라, 화학에 대한 잘못된 오해와 편견을 올바른 방향으로 이끌어가기 위해서도 열심히 노력해왔는데요. 매년 새로운 주제와 형식으로 열리는 화학창의콘텐츠 공모전을 통해 저의 세계관과 활동 무대를 더욱 넓혀주고 계신 여러분들 덕분에 오늘도 반짝반짝 초록불을 밝히며 지구를 위해, 우리를 위해, 화학으로 밝고 이로워지는 세상을 위해 부웅부웅 힘찬 날갯짓을 계속하고 있답니다. 앞으로도 많은 격려와 응원 부탁드립니다!

KRICT 2023년 2분기 간추린 NEWS     2023 조직성과목표 협약식     화학연은 7월 10일 행정동 중회의실에서 2023년 조직성과목표 협약식을 개최했다. 이 자리를 통해 화학연은 2023년 국가적 현안 해결에 적극적으로 기여하며 정부출연연구원으로서 새로운 가치를 창출하는 한 해를 만들기 위해 각 조직별 성과목표를 수립하고 이를 달성하기 위해 구체적으로 노력할 것을 다짐했다. 화학연은 기관 임무 및 역할 재정비를 통해 명확한 목표를 수립하고 조직문화 개선을 위한 의사결정 체계 및 의견수렴 창구를 구축해 세계 최고 화학 전문 연구기관으로의 도약과 공공연구기관으로서의 사회적 책임 준수를 중점 추진하고자 한다.     제1회 KRICT 대덕촉매포럼     2023년도 제1회 KRICT 대덕촉매포럼이 5월 30일 화학연 디딤돌플라자에서 개최됐다. 포럼에는 화학 산업계 종사자 및 관련 연구자들이 참여한 가운데 환경규제 대응 및 미래 경쟁력 확보를 위한 최신 촉매 기술 동향과 이슈를 공유하고 화학산업계의 발전 방안을 논의했다. 화학 반응에 참여하며 소모되거나 변하지 않으면서 반응 속도를 빠르게 만드는 촉매는 기후변화 시대 화학 산업의 지속가능성을 위한 핵심 물질로 손꼽히고 있다. KRICT 대덕촉매포럼은 이날 열린 제1회 포럼을 시작으로 11월까지 모두 다섯 차례에 걸쳐 개최될 예정이다.     이장우 대전광역시장 연구현장 방문     이장우 대전광역시장이 5월 30일 화학연을 방문, 이영국 화학연 원장과 향후 공동과제 발굴과 실무협의 구성에 공감하고 국가와 지역사회 발전을 위해 첨단의약산업 육성과 함께 관내 2차전지 기업들과의 적극적인 소통과 협력을 활성화하기로 의견을 모았다. 이장우 시장은 “화학연은 국내 유일한 정부 출연 화학 연구기관으로 국가 사회적인 문제를 해결하는 중추 기관”이라며 “화학연이 국가 화학산업 발전에 기여한 바가 큰 것처럼 대전시가 작은 힘이라도 보태어 국가와 지역사회 발전을 위해 공동으로 협력하자”고 강조했다. 화학연 이영국 원장은 “올해 대덕특구 50주년을 맞이해서 대전시가 과학기술계와 대덕특구, 출연연에 갖는 의미가 남다를 것”이라며 “출연연과 대전시, 기업들 또는 대학이 서로 파트너십을 구축하고 국가 과학기술과 대전시 발전에 기여하는 선순환 구조를 이루는 데 최대한의 협력을다 하겠다”고 말했다.     울산 바이오화학산업 포럼 개최     화학연과 울산시는 6월 27일 롯데호텔울산 크리스탈볼룸에서 ‘바이오화학산업의 현재와 미래 및 발전전략’을 주제로 바이오화학산업 포럼을 개최했다. 이날 포럼은 글로벌 화학산업의 친환경 제품 투자 확대에 발맞춰 지속가능한 화학산업의 미래인 ‘친환경 바이오화학산업’으로의 전환 방안을 모색하기 위해 마련됐다. 화학연 최영민 부원장은 인사말에서 “울산이 4대 국가첨단전략산업 중 하나인 바이오산업을 주도할 수 있도록 화학연도 연구, 기업지원, 정책 등 적극 협력하겠다”고 약속했다. 서정욱 울산시 행정부시장은 “바이오화학산업 거점도시로 도약하기 위해 4대 전략 10개 핵심중점과제를 수립하고 오는 2030년까지 총 2천500억 원의 예산을 연차적으로 투자하겠다”고 밝혔다. 이어진 주제발표에서는 화학연 김호용 박사가 ‘탄소중립을 위한 바이오매스 원료화 및 활용 방안’에 대해, UNIST 김동혁 교수가 ‘산업소재 맞춤형 합성생물학 기술 동향’에 대해 발표했다.  

KRICT 뉴스 한국화학연구원-(주)팜한농, 작물보호제 파이프라인 확대를 위한 공동연구 협약 체결 화학소재연구본부       화학연은 작물보호제 파이프라인 확대를 위해 ㈜팜한농과 글로벌 작물보호제 개발 공동연구 협약을 체결하였다. 7월 3일(화) 오후 17시, 화학연 N2동 대회의실에서 개최된 공동연구 협약 체결식에는 화학연 이영국 원장, 최영민 부원장, ㈜팜한농 김무용 대표이사, 최학용 상무 등 각 기관 관계자 11명이 참석했다. 본 협약을 계기로 양 기관은 ‘테라도(Terrad’or)’ 후속으로 글로벌 저항성 이슈를 해결할 신규 작물보호제 개발을 추진하고, 향후 신물질 작물보호제 분야 관련 다양한 협력 방안을 강구할 예정이다. 한편 협약식에서는 그동안의 협력과 향후 발전적 네트워크 구축을 위한 감사패 전달식이 있었다. 글로벌 시장에서는 식량자급률 위기 및 원제 수입 의존 등의 이슈로 인하여 신물질 작물보호제 개발에 관한 관심이 증가하고 있다. 특히 글리포세이트(Glyphosate) 제초제 저항성 잡초 및 저항성 병해충이 급증하는 등 글로벌 저항성 이슈 해결을 위한 새로운 작물보호제 개발이 절실하다. 게다가 국내 작물보호제 원제는 미국, 독일, 일본, 중국 등에서 93.5% 이상 수입에 의존하고 있으며, 제네릭 제품의 경우 중국에 절대적으로 의존하고 있어 순수 국내기술을 기반으로 한 신물질 작물보호제 개발이 더욱 더 시급한 상황이다. 화학연 의약바이오 연구분야는 국내 물질특허를 도입한 1987년 이후 지난 35년간 국내 작물보호제 산업의 구조적인 문제를 해결하기 위해서 신농약 개발 연구를 지속 수행하였다. 이러한 노력을 통해 ’04년부터 고활성 벼제초제인 ‘플루세토설퓨론’과 ‘메타미포프’의 국내외 사업화를 추진하였고, 특히 ’20년 ‘테라도’를 미국 환경청(EPA)에 국내 최초 식용작물보호제로 등록하는 쾌거를 달성하였다. 십수년의 팜한농과의 협업의 결과로 미국, 호주 등을 비롯, 최근 세계 최대의 작물보호제 수요국가인 브라질에서도 판매되기 시작한 혁신 신물질 제초제 ‘테라도’는 ’22년 누계 매출액 1,000억원 이상을 달성하였으며 글로벌 시장 확대를 진행하고 있다.     이번 협약을 계기로, 양 기관은 글로벌 작물보호제 상업화를 위한 파이프라인을 개발하고, 지속 가능한 작물보호제 연구 개발 시스템을 형성하기 위한 공동연구를 추진할 예정이다. 이를 통해, 순수 국내기술 기반의 글로벌 제품화를 위한 인프라를 축적하고, 수입 원제로 발생하는 무역역조 현상을 개선하는 데 이바지할 예정이다. 팜한농 김무용 대표는 “팜한농은 혁신적인 신물질 작물보호제를 개발해 해외사업을 지속적으로 확대하고, 국내 농산업 발전에도 기여할 수 있도록 노력하겠다.”고 말했다. 화학연 이영국 원장은 “화학연이 보유한 신물질 원천 기술과 팜한농의 작물보호제 개발 기술 및 글로벌 네트워크 역량 등을 결집하여 ‘테라도’가 글로벌 시장에 뻗어나가고 있는 만큼, 이러한 경험을 살려 성공적으로 후속 작물보호제를 제품화할 것이라 확신한다.”라고 말했다.

KRICT 뉴스   새로운 항암제 개발을 위한 국내 최초 에텍(ATTEC) 플랫폼 기술 개발   의약바이오연구본부   연구진의 모습. 뒷줄 왼쪽부터 김성환 박사, 강민성 박사, 이규명 박사, 김도연 박사. 앞줄 왼쪽부터 이채미 연구원, 김지인 연구원, 박지혜 연구원, 김지우 연구원.   화학연은 기존 표적 항암제로 치료할 수 없는 암을 치료하기 위한 ‘에텍(ATTEC, AuTophagosome-TEthering Compound)’ 플랫폼 기술을 개발했다. 연구원은 연구결과를 7월 5일 ‘인터비즈 바이오 파트너링&투자 포럼‘에서 소개해, 다양한 항암제 개발을 위한 공동연구 기업을 찾기 위해 노력했다. 암 등의 질병 유발 및 활성화와 관련이 있는 여러 가지 단백질 중 기존 표적 항암제나 치료제로 치료할 수 없는 질병 단백질의 비중이 높은 편이다. 따라서 이를 치료하기 위한 새로운 기술의 필요성이 커져 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 가운데 최근 타깃 단백질 분해 기술인 ‘TPD(Targeted Protein Degradation) 기술’이 전세계적으로 주목받고 있다. 사람은 대략 30~60조 개의 세포로 이루어져 있으며, 이 세포 안에 다양한 기능을 가진 단백질들이 상호작용하며 생명현상을 이어 나간다. 세포 내 단백질은 끊임없이 새로 생기고 없어지기를 반복하는데, 쓸데없는 단백질이 생기면 인체는 여러 시스템을 통해 이를 분해한다. 이러한 인체 내 단백질 분해 시스템은 크게 ‘프로테아좀’과 ‘리소좀’ 기전으로 나눌 수 있는데, 이를 이용해서 치료제를 개발하는 것을 ‘TPD 기술’이라고 한다. ‘TPD 기술‘ 에는 ‘프로테아좀’ 기전을 이용한 ‘프로탁’(PROTAC, Proteolysis Targeting Chimera) 기술과 ‘리소좀‘ 기전을 이용한 ‘에텍’(ATTEC) 기술 등이 있다. ‘프로탁’ 기술은 치료제 다수가 임상 진행 중에 있지만 크기가 큰 단백질은 분해할 수 없다는 한계가 있다. ‘리소좀-오토파지’ 시스템을 이용한 기술은 ‘프로탁’이 분해할 수 없는 큰 물질까지 분해할 수 있어 ‘프로탁’을 보완할 수 있는 기술로 떠오르고 있다. 관련 연구가 2016년 노벨생리의학상을 받는 등 세계적인 관심도가 높은 상황이다.？ 화학연 김성환·정관령·김도연·이규명 박사 연구팀은 이러한 ‘리소좀-오토파지’ 시스템을 이용한 기술의 한 종류인 ‘에텍(ATTEC)’ 기술의 가치와 가능성에 주목하여 2020년부터 ‘에텍’ 기술을 연구하기 시작한 끝에, 2023년 새로운 ‘에텍’ 플랫폼 기술을 개발했다. 기존에 알려진 ‘에텍’ 기술을 활용한 항암 타깃 화합물은 간에서 대부분 분해되어 약물로 살아남은 비중이 3.81%로 대사안정성(microsomal stability)이 매우 낮다. 이는 세포에서만 증명이 가능한 수준으로, 생체 내 실험을 거쳐 약으로 이어지기에는 무리가 있었다. 따라서 대사안정성을 극대화하면서, 생체 내 실험이 가능한 기술을 개발하는 것이 관건이었다. 이에 화학연 연구팀은 새로운 ‘에텍’ 플랫폼 기술을 개발해 대사안정성을 높였다. 연구팀이 개발한 ‘에텍’ 플랫폼을 활용하면, 대사 안정성이 90%에 육박해 체내에서 약물로서의 역할을 할 수 있는 물질을 개발할 수 있다. 에텍 플랫폼은 세 가지 부분으로 구성되어 있다. 질병 유발 단백질에 결합하는 부분인 ①‘워헤드’(Warhead), 단백질 분해 유도 막의 안쪽 단백질에 결합되는 부분인 ②‘LC3 바인더’(LC3 binder), 그리고 이 둘을 연결하는 ③‘링커’(Linker)다. 이중 LC3 바인더는 개발이 어려워 현재 알려진 것이 수종에 불과하다. 연구팀은 화학연만의 LC3 바인더를 확보해 새로운 에텍 플랫폼을 국내 최초로 구축했다. 이를 통해 항암효과를 가지면서 생체 내 실험이 가능한 수준으로 대사안정성을 끌어올린 화합물을 도출했다. 체내에 ‘에텍’ 플랫폼 기술로 합성된 치료제가 들어가면, 질병 단백질과 약의 워헤드 부분이 결합하고, 분해 유도 막을 구성하는 LC3 단백질과 ‘LC3 바인더’가 결합하여, 리소좀-오토파지 기전의 분해 유도 막 안으로 질병 단백질을 넣어준다. 환자의 경우 질병 단백질이 자연적으로 없어지지 않기 때문에, 이렇게 체내의 ‘리소좀-오토파지’ 시스템을 활용할 수 있는 약으로 질병 단백질을 분해하는 것이다. 본 플랫폼 기술은 다양한 질병 치료제 개발에 적용할 수 있다. 질병 종류에 따라 워헤드 부분만 바꿔서 합성하면 된다. 연구팀은 현재 본 플랫폼을 활용해 전립선암 치료제 유효물질을 도출했으며, 특허 출원 후 항암제 외에도 희귀질환 치료제 등 다양한 질병 치료제로 개발할 계획이다. 화학연 이영국 원장은 “이번 성과는 2019년 처음 논문에 보고된 리소좀-오토파지 활용 에텍 기술의 가능성을 선제적으로 파악하여 국내에서 처음 소개하는 연구결과로, 향후 본 플랫폼을 통해 신규 항암제와 희귀질환 치료제 등 다양한 질병치료제를 개발할 수 있기를 기대한다.”고 말했다. 연구팀은 후속 연구로, 개발된 화합물(KRM62545)을 이용한 동물 유효성 평가 실험 및 선도물질 개발을 위한 국가신약개발과제 등을 준비하고 있다. 향후 기술의 성숙도를 높여 5년 이내에 ‘에텍’ 기술로 임상에 진입한 후보물질을 개발할 계획이다. 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업의 지원을 받아 수행됐다.

KRICT 뉴스 이산화탄소를 화학원료로 전환하는 세계 최대 규모 CO2 활용 건식개질 플랜트 완공 화학공정연구본부     CO2 활용 건식개질 플랜트 완공식에서 참석자들이 테이프 커팅식을 하고 있는 모습   전 세계적으로 탈탄소 움직임이 빠르게 진행되고 있으며, 탄소중립이 기후변화 문제를 넘어 국내 산업 경제를 위협하고 있는 상황에서, 국내 연구진이 이산화탄소(CO2)를 석유화학 원료인 합성가스(H2CO)로 전환하는 기술의 실증화에 성공하였다. 화학연 CO2에너지연구센터 장태선 박사 연구팀은 이산화탄소로부터 석유화학 플랫폼 화합물인 합성가스를 생산할 수 있는 핵심 실증촉매 및 공정기술을 개발하였다. 본 기술을 이전받은 (주)부흥산업사는 연간 8천톤의 합성가스 생산이 가능한 세계 최대 규모 CO2 활용 건식개질 플랜트를 울산산업단지 내에 구축 완료하였다. 이와 관련하여 6월 5일 오후 2시, (주)부흥산업사 울산공장에서 ‘CO2 활용 건식개질 플랜트’ 완공식을 개최하였다. 본 행사에는 화학연 이영국 원장을 비롯해 울산광역시 경제부시장, 울사항만공사 부사장, 한국동서발전(주) 탄소중립실장, 미래기술융합원 원장 등 관계 기관 인사들이 참석하여 플랜트 완공을 축하하였다. 이번 연구 성과는 화학 분야 유일 정부출연연구기관인 화학연과 국내 CCU 전문기업인 (주)부흥산업사와의 오랜 공동연구를 통해 이뤄낸 쾌거이며, 특히 소재에서부터 공정에 이르기까지 순수 국내기술로 개발되었기에 더욱 의미가 있는 것으로 평가된다. 이번에 완공된 플랜트 운영을 통해 상용화를 위한 막바지 연구를 수행하고, ’24년부터는 CCU(Carbon Captureand Utilizatin, 탄소 포집 및 활용) 제품을 본격적으로 생산할 계획이다. 수소와 일산화탄소로 이뤄진 합성가스는 암모니아, 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학원료의 필수적인 핵심 물질이다. 하지만 석유화학 산업에서 합성가스를 생산하고 있는 기존의 기술들은 모두 온실가스를 대량으로 배출하는 문제점이 있다. 따라서 기존 기술 대비 온실가스를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘온실가스 감축형 합성가스 제조기술’이 필요하다. 이에 연구팀은 CO2를 합성가스로 제조하는 건식개질 기술의 핵심 원천촉매 및 공정을 개발하여, 세계 최고의 온실가스 감축효과를 보이는 합성가스 제조 기술을 확보하였다. 기존의 건식개질 기술은 반응 중 탄소 입자 생성에 의한 촉매 비활성화로 인해 상용화가 어려워 지난 100여 년 동안 석유화학 산업의 오랜 숙제로 남아 있었는데, 연구팀은 탄소생성이 크게 억제된 세계 최고 수준의 실증 촉매 및 맞춤형 공정을 개발하였다. 이를 통해, 약 1톤의 일산화탄소를 생산하면 약 1.053톤의 이산화탄소를 감축하게 되는 일석이조의 효과를 얻을 수 있으며, 합성가스 제조 공정에 약 1만 시간 가량을 적용할 수 있는 안정한 촉매를 확보하였다. (주)부흥산업사는 구축된 건식개질 플랜트 운영 및 후속연구를 통해서 촉매 효율을 높이고 공정을 최적화하여 기존 석유화학 유래 제품 대비 온실가스 감축효과를 극대화하고 경제성을 확보할 계획이다. 그외에도 제조된 합성가스를 활용하여 초산, 메탄올, 디메틸카보네이트를 제조하는 등 다양한 분야에 응용하기 위한 준비도 진행 중에 있다.    CO2 활용 건식개질 플랜트 완공식에서 이영국 원장이 축사를 하고 있는 모습   화학연 이영국 원장은 “이번 세계 최대 규모 CO2활용 건식개질 플랜트는 핵심 촉매와 공정개발 모두 국내 기술로 확보했다는 점에서 의의가 있으며, CCU 기술이 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있음을 보여주는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다.”고 말했다. 이번 연구는 화학연 기본사업, 산업통상자원부 에너지기술개발사업 지원으로 수행됐다.

KRICT 랩투어   화학소재 산업의 디지털 전환 ‘비커 없는 실험실’이 앞장선다   수많은 물질을 다루는 화학 분야에서 최적의 소재 물질을 도출하고 효율적인 공정을 설계하는 것은 산업 경쟁력의 가장 중요한 요소들이라 할 수 있습니다. 화학연은 국내 화학산업의 글로벌 경쟁력 확보를 위해 관련 데이터에 대한 산업계의 활용도와 접근성을 높이려는 노력을 해왔습니다. 또한 막대한 사업화 비용과 시간의 절감에 필요한 원스톱 솔루션을 제공하는 데 심혈을 기울이고 있는데요. 초정밀 롤투롤 파일럿 코팅공정부터 화학소재 디지털 전환 기술 개발까지, 원천기술을 신속하게 사업화할 수 있는 전주기적 인프라 구축에 구슬땀을 쏟고 있는 화학소재솔루션센터가 대표적인 사례입니다.   세계 최고 수준의 코팅 테스트베드 화학소재솔루션센터는 지난 2011년 설립 이래 화학소재 특성 정보 및 기술 정보 데이터베이스 구축과 사용자 제공을 위한 화학소재정보은행, 시뮬레이션 및 인공지능 기술을 적용한 소재 물성 예측과 부품·모듈의 성능예측을 할 수 있는 디지털전환 플랫폼, 기능성 코팅소재의 공정 적합성 평가 및 기능성 필름 양산성 평가를 위한 화학소재 코팅 테스트베드(Coating Test-bed)의 구축에 노력해 왔습니다. 앞서 2007년부터 구축이 시작된 화학소재정보은행(Chemical Materials Information Bank, CMiB)은 화학소재 물성과 응용 데이터베이스 구축 및 보급, 첨단 화학소재정보 확보에 필요한 국내외 협력망 구축, 화학소재 최신 기술동향 정보 및 심층보고서 제공과 맞춤형 기술 컨설팅 등의 임무를 수행하고 있습니다. 그간 화학소재정보은행을 기반으로 화학소재솔루션센터가 구축한 소재 물성 및 응용 데이터는 고기능성 복합재료, 기능성 코팅필름, 페로브스카이트 등 분야별로 100만 종 이상에 달하며 1,000여 곳의 회원사와 연구자들에게 제공되는 물성 정보와 기술 동향 등은 한해 약 93만 건에 이를 만큼 방대합니다. 세계 최고 수준으로 평가받고 있는 화학소재솔루션센터의 코팅 테스트베드는 첨단 정보통신 디바이스와 미래 모빌리티 등에 적용되는 디스플레이, 터치패널, 이차전지, 태양전지, 스마트윈도우 필름 등의 고기능성 필름 소재의 개발을 지원하는 시설입니다. 이를 위해 필름·코팅 등 매우 높은 수준의 청정 환경을 요구하는 공정에서 공기 중 입자의 농도, 온도 및 습도를 제어하며 일정한 청정도를 유지하는 공정시설인 클린룸(1,000㎡)과 준클린룸(230㎡)을 갖추고 습식코터, 스퍼터, 화학기상증착장비 등 6종의 파일럿 습식 및 건식 코팅 공정장비, 롤투롤 레이저패터닝 장비와 평가·측정 장비, 용액제조 부대장비 등 특수 코팅 인프라 구축을 계속해왔습니다. 연구개발 성과의 상용화를 촉진하기 위해 추진된 코팅 테스트베드의 대표적인 성공 사례로는 2016년 세계 최초로 대면적 상용화에 적합한 새로운 불소계 고분자 나노복합박막 기술을 개발해 국내 코팅 소재 기업에 이전한 것을 들 수 있습니다. 스마트폰과 플렉서블 디스플레이 등의 표면은 여러 겹의 필름층으로 구성돼 있습니다. 또한 눈에 보이지 않는 작은 기능성 입자와 소재들이 정밀하게 코팅돼 지문방지, 오염방지, 발수 등의 기능을 제공합니다. 그간 이런 기능을 구현하기 위해서는 주로 불소계 소재 용액을 코팅하는 습식용액공정이 이용됐습니다. 하지만 이런 방식은 유기용매를 사용해야 하므로 친환경적이지 않고 복합적인 기능 구현에 어려움이 많았습니다. 이를 극복하기 위해 용액을 사용하지 않고 대기 또는 진공 상태에서 코팅하는 건식 코팅 기술이 세계적으로 많이 연구되고 있었지만 대면적 상용화에는 한계가 있던 상황이었지요. 이에 따라 화학소재솔루션센터 연구진은 코팅 테스트베드를 기반으로 기능성 건식 코팅 소재를 연구한 끝에 새로운 불소계 고분자 박막 소재와 이를 대면적 롤투롤 스퍼터 공정으로 제조할 수 있는 기술 개발에 성공합니다. 롤투롤(role-to-role) 공정은 롤로 감은 필름을 풀면서 표면을 가공하여 특정 기능 및 구조를 부여한 후 다시 롤 형태로 감는 연속 생산 공정입니다. 새로운 소재는 발수성, 내지문성에 더해 고유연성, 고경도성, 반사방지, 유기 전자소자를 보호하는 수분 배리어 등의 기술적 진보와 함께 발수코팅, 오염방지 코팅, 반사코팅, 고기능성 발수 섬유코팅, 지문방지 코팅, 전기전도 코팅, 전기변색 코팅, 고경도 및 내마모 코팅, 발유코팅, 고투과 코팅 등 다양한 제품군에서 롤투롤 공정의 대량생산이 가능해 상용화에 유리한 강점을 두루 갖추고 있었습니다. 화학소재솔루션센터 연구진은 계속해서 우수한 데이터베이스와 장비 인프라, 전문적인 연구역량을 기반으로 은나노와이어와 ITO 소재 기반의 투명도전성 필름, 플렉서블 디바이스에 필수적으로 요구되는 가스 배리어 필름, 친환경 복합 기능성 유기박막 코팅필름, 대면적 태양전지 등의 개발 지원 연구를 수행하고 있습니다.     화학소재산업 디지털 전환의 첨병 (좌) 대면적 반사방지 코팅 소재를 제조하기 위해 롤투롤 스퍼터링 공정을 진행하는 모습 (우)연구진이 롤투롤로 제작된 대면적 반사방지 필름을 들고 있는 모습   2017년 구축된 시뮬레이션 기반의 가상공학 플랫폼은 연구개발과 사업화 전 단계에 참여하며 국내 첨단 화학산업의 경쟁력 강화를 이끌어온 화학소재솔루션센터가 21세기 산업의 필수 요건인 디지털 전환에 대한 지원 연구를 더욱 본격화하는 계기가 됐습니다. 가상공학 플랫폼은 특히 중소·중견기업의 디지털 전환과 친환경 기술 개발 지원에서 큰 힘을 발휘하고 있습니다. 화학소재솔루션센터는 ‘비커 없는 실험실’로 불리는 시뮬레이션 기반의 가상공학 플랫폼을 기반으로 반도체웨이퍼 세척공정, 전기자동차 배터리용 방열접착제의 열전달 특성 예측, 섬유보강 복합재 적용 자동차 도어 모듈의 사출-구조 연계 해석 등의 해석기술을 지원하며 소재의 설계부터 양산까지 시행착오를 최소화하는 데 주력하고 있습니다. 또한 가상공학 해석의 정확도 향상을 위해 플라스틱 소재 물성 데이터베이스 구축에 더욱 박차를 가하고 있습니다. 화학소재 및 부품기업의 디지털 전환을 지원하기 위한 화학소재솔루션센터의 노력은 2020년 범국가적인 소부장 경쟁력 강화 대책의 거점시설인 국가연구시설(N-Facility) 지정으로 대내외의 인정을 받게 됐습니다. 국가연구시설은 소재·부품·장비 핵심기술의 자립역량 강화를 위한 국가연구인프라(3N) 중 하나로 연구개발 상용화 단계에서 국가전략품목의 연구개발 지원과 테스트베드 제공 역할을 수행하는 연구시설입니다. 이와 함께 산업부가 추진한 디지털 소재혁신 강화 실행계획인 8대 선도프로젝트의 데이터표준기관 선정으로도 이어졌습니다. 한편 산·학·연·관을 대상으로 한 분야별 심층교육과 기술 교류 등을 통해 국내 화학소재 산업의 글로벌화를 지원하는 데도 많은 공을 들여온 화학소재솔루션센터는 2019년 아시아 국가 중 최초로 국제롤투롤산업협회와 함께 전 세계 최대 롤투롤 코팅 학술대회인 롤투롤 컨퍼런스를 개최하는 데도 성공하며 세계적 수준의 롤투롤 전문기관으로서의 입지를 더욱 굳건히 다지게 됐습니다. 화학연이 이처럼 국제적으로 주목받는 롤투롤 허브로 성장한 데는 세계 최고 수준의 롤투롤 장비와 소재, 코팅공정 연구역량과 더불어 미래 산업의 핵심기술인 유연 기능성 코팅 소재와 롤투롤 공정 기술 개발에서 계속해서 세계적인 성과들을 거둬왔기 때문이라 할 수 있습니다. 대표적인 사례가 앞서 2016년 세계 최초의 원천기술 확보 이후 플렉서블 디스플레이, 스마트윈도우, 페로브스카이트 박막 태양전지 등으로 폭넓게 확장되고 있던 스퍼터링 공정 기반의 불소계 고분자 박막(PPFC, Plasma-Polymerized Fluorocarbon) 기술입니다. 화학소재솔루션센터 연구진은 불소계 고분자 박막의 우수한 발수성과 내구성, 낮은 굴절률과 반사방지 효과, 표면 자가세정 특성 등을 활용해 차세대 태양전지인 페로브스카이트 박막 태양전지의 효율 향상에도 기여해왔습니다. 이 같은 성과에 힘입어 2022년 열린 과기부 주관 국가 연구인프라 성과교류회에서 국가연구시설 부문 장관상을 수상한 화학소재솔루션센터는 현재 국제사회의 최대 화두로 떠오른 인공지능(AI)과 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation) 기반의 화학소재 솔루션 플랫폼 구축에 여념이 없습니다. 약 20여 년에 가까운 풍부한 소재 데이터 표준화 경험과 인공지능 기술의 빠른 접목을 통해 이미 AI 기반 물성예측 시스템의 화승케미칼 기술이전, 상용 화학소재 물성 정보의 쓰리세이브 기술이전 등 가시적인 성과를 낳고 있는 화학소재솔루션센터 연구진은 국내 화학소재 산업계의 디지털 전환을 더욱 가속화하기 위해 인공지능을 이용한 물성 예측 시스템, 유저 인터페이스 설계, 시각화 기능 구현 등에 더욱 박차를 가할 계획입니다.  

KRICT 스토리 나를 부르는 산(山) 한국화학연구원 산악회     등산의 매력은 무엇일까요?야외활동의 적기인 봄가을은 물론이고 잠깐만 움직여도 땀나는 여름, ,추위에 어깨가 움츠러드는 겨울에도 기어코 배낭을 꾸려 집을 나서는 이들은 왜 그렇게 사서 고생을 하는 것일까요? 궁금증을 풀기 위해 주말 산행에 나선 KRICT 산악회 회원들을 따라가 보았습니다.     왜 산에 오르는가?   총무 전남중 책임연구원(좌), 회장 임종선 책임연구원(우)   평지가 많은 유럽이나 미주에서 우리나라를 찾는 관광객들은 국토의 70%가 산지인 한국의 자연환경이 매우 이국적인 풍경이라고 합니다. 특히 서울과 대도시 어디나 바로 근교에 크고 좋은 산들이 많아 마음만 먹으면 언제든 등산을 할 수 있다는 사실에 신기해하곤 합니다. 그러다 보니 인구비중으로 보면 우리나라의 등산인구 역시 세계 최고 수준이라고 하는데요. 산림청 조사에 따르면 우리나라 국민 10명 중 8명이 한 달에 한 번 이상 꾸준히 등산에 나서거나 산속 숲길에서 산책을 즐긴다고 합니다. 오늘 화학연 산악회가 찾은 곳은 충남 금산의 서대산입니다. 한국의 100대 명산 가운데 하나인 이 산은 정상 부근의 기암절벽과 협곡을 가로지르는 구름다리가 어울려 장관을 이루는 것으로 유명한데요. 해발 905m로 충청남도에서 가장 높은 산답게 오르는 길이 만만찮습니다. 산 아래 등산로 초입부터 강우레이더관측소가 있는 중턱까지는 시멘트 포장도로가 잘 닦여 있는데도 얼마 지나지 않아 금세 호흡이 가빠지고 평소에 안 쓰던 다리 근육들도 비명을 질러대기 시작합니다. 이날 서대산 등반에 나선 산악회의 회원은 약 30여 명. 전체 회원수가 50명이니 절반이 넘는 인원이 참석한 것인데요. 회장인 임종선 박사는 “공식적인 정기 산행은 시산제, 종산제, 송년회 형식의 연말 산행까지 연간 5차례가 있는데 등산을 좋아하시는 분들이 많아서 매 주말마다 이렇게 희망자들을 모아 국내의 명산을 함께 찾고 있다”고 귀띔합니다.     “등산은 인내의 예술”     주차장에서 함께 출발한 일행은 조금씩 고도가 높아지며 삼삼오오 행렬이 길어지고 있습니다. 운동 삼아 부지런히 걸음을 재촉하는 회원들도 있고, 길섶 여기저기 풀과 나무들을 살피며 산책하듯 찬찬히 걸음을 옮기는 회원들도 많습니다. 각자의 페이스에 맞춰 다양하게 산행을 즐기는 모습들이 인상적인데요. 철학자 니체가 그의 역작 <자라투스트라는 이렇게 말했다>를 집필한 스위스의 질스마리아는 알프스 산맥에 둘러싸여 있는 작은 마을입니다. 그는 이곳에서 늘 호젓한 산길과 호숫가를 걸으며 사색에 잠기곤 했다는데요. 그가 남긴 등산에 관한 명언 속에서 바쁜 업무와 일상을 뒤로 하고 매주 산을 찾는 산악회 회원들의 다양한 마음 풍경도 조금은 짐작할 수 있을 것 같습니다. “등산의 기쁨은 정상에 올랐을 때 가장 크다. 그러나 최상의 기쁨은 험한 산을 올라가는 순간에 있다. 길이 험하면 험할수록 가슴이 뛴다. 인생에 있어서 모든 고난이 자취를 감췄을 때를 생각해 보라. 그 이상 삭막한 삶은 없으리라.”     피톤치드 가득한 주말 아침     산악회는 화학연의 여러 동호회 중에서도 유서 깊은 역사를 자랑합니다. 연구소 조성 공사가 한창이던 1978년에 첫 모임이 시작됐으니 올해로 어느새 창립 45주년을 맞고 있는 것인데요. 1980년대 들어 속속 완공되는 건물들이 늘어나고 인원과 조직이 확대되면서 등산동호회의 회원들도 빠르게 불어났습니다. 시설팀 등이 위주였던 초창기 회원들의 구성도 젊은 연구원들이 늘어나며 한층 다양해지기 시작했습니다. 등산 횟수와 경험이 쌓이며 산행의 범위도 국내의 숨은 명산을 비롯해 4,905m 높이의 말레이시아 키나발루산 원정까지 계속해서 넓어졌습니다. 특히 2013년에는 산악회 회원들이 주축이 되어 화학연의 많은 비회원 동료들과 울릉도를 찾았는데요. 정상 등반이 필수가 아닌 만큼 각자의 체력과 선호도에 맞춰 성인봉 산행팀과 여행팀이 나뉘어 움직이며 각자의 방식대로 울릉도의 비경을 만끽했습니다. 특히 이들은 이틀째가 되자 다 함께 모여 울릉도에서도 뱃길로 2시간을 넘게 가야 하는 독도로 향했는데요. ‘3대가 덕을 쌓아야 가능하다’고 할 만큼 좋은 날씨를 만나기도, 입도하기도 어려운 독도 땅을 다함께 밟게 돼 기쁨이 두 배가 되었습니다. 당시의 환희가 얼마나 대단했는지 몇 해가 흐른 지금까지도 울릉도와 독도 탐방을 재추진해달라는 요청이 계속되고 있다고 하는데요.     “전문적인 등반가 수준의 회원과 정상보다 주변을 둘러보는 트레킹에 더 만족하시는 회원들이 뒤섞여 격의 없이 정을 나누는 하이브리드 스타일 동호회”라는 임종선 박사의 설명처럼 화학연 산악회는 관심만 있다면 누구에게나 문호가 활짝 열려 있다고 합니다. 또한 건강을 위해서뿐만 아니라 화학연의 다양한 구성원들과 교류하고 친밀감을 쌓는 데도 이만한 곳이 없다는 것 역시 회원들의 큰 자랑거리인데요. 에베레스트를 처음으로 오른 전설적인 등반가 에드문드 힐러리 경은 이렇게 말합니다. “우리가 오르는 것은 산이 아니라 우리 자신”이라고 말이지요. 이번 주말, 익숙한 공간을 떠나 한번쯤 피톤치드 가득한 산길에서 아침을 열어보는 것은 어떨까요?

KRICT 파트너 대한민국의 검은 보물 ‘음극재’ 삼각편대가 뜬다 (주)스마트코리아     전 세계 전기차 시장의 폭발적인 성장 속에 보다 높은 용량과 안전성의 차세대 이차전지를 개발하기 위한 연구개발 경쟁이 뜨겁습니다. 이차전지 분야에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 보유한 우리나라 역시 국가의 명운을 걸었다고 할 만큼 더욱 혁신적인 이차전지 기술 개발에 국력을 집중시키고 있는데요. 이런 가운데 특히 이차전지의 용량과 안전성을 좌우하는 ‘음극재’ 시장에 대규모 지각 변동을 불러올 화학연의 혁신기술이 바야흐로 본격적인 상용화를 앞두고 있어 이차전지 산업계 초미의 관심사가 되고 있습니다.   미래 소재 패러다임 ‘탄소 소재'   중이온가속기 라온과 국제과학비즈니스벨트의 거점지구로 국내외 첨단기술벤처들이 속속 모여들고 있는 대전의 둔곡산업단지. 이곳에 위치한 (주)스마트코리아에서는 요즘 화학연 임지선 박사팀으로부터 기술을 이전받은 ‘전도성·다공성 탄소 복합소재’를 하루 600kg씩 시험 생산하는 실증설비 가동이 한창입니다. 바로 대한민국 이차전지 산업의 검은 보물이 될 고용량 음극재의 핵심소재가 탄생하고 있는 현장이지요. 임지선 박사는 탄소 소재 분야의 전문가입니다. 탄소 소재는 철에 비해 무게는 4분의 1에 불과한데 10배 이상 강하고, 열팽창계수는 3분의 1 수준이지만 열전도도는 구리의 3배에 달하는 등 기존 소재들의 한계를 훌쩍 뛰어 넘는 독보적인 특성과 무궁무진한 적용 분야로 인해 미래의 소재 패러다임을 뒤바꿀 기대주로 주목을 받고 있습니다. 탄소소재는 크게 인조흑연, 탄소섬유, 활성탄소, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 등 6가지로 분류되는데요. 임 박사는 특히 일본과 미국 등의 선진국이 독점하고 있던 인조흑연과 활성탄소의 국산화를 주도해온 연구자입니다. 전기와 열 전도성이 뛰어난 인조흑연은 이차전지 음극재와 스마트폰·컴퓨터·TV 등의 필수적인 방열소재로, 방대한 양의 기공과 넓은 비표면적을 자랑하는 활성탄소는 공기와 수질을 정화하는 고기능 흡착제와 고품질 단열재 등의 핵심원료로 사용되고 있지요. (주)스마트코리아의 장채원 대표와 임지선 박사가 처음 인연을 맺은 것도 바로 이 활성 탄소 덕분이었는데요.     장비 기업에서 소재 기업으로   2013년에 설립된 (주)스마트코리아는 실험 소모품과 실험 기기 수입 유통으로 사업에 첫 발을 내딛었습니다. 당시 많은 양의 실험 기기들이 수입에 의존하고 있었는데요. 장 대표는 질적·양적으로 지속적으로 성장하는 국내 과학기술계의 동향 속에서 실험실 안전 환경을 개선하는 장비의 국산화에 주력하게 됩니다. 스마트코리아의 주요 제품인 안전 캐비넷 내부 순환 여과장치, 유해가스 정화 장치 등의 성능을 결정하는 소재는 유해물질을 제거하는 활성탄소입니다. 기존에 국내에서 유통되던 활성탄소는 석탄, 야자열매 껍질 등의 원료로 만들어졌는데 대부분 수입품이고 불순물 함량도 높았습니다. 장 대표는 이런 단점을 해결할 방안을 모색하던 중 석유정제공정에서 발생하는 원유 찌꺼기를 이용해 고품질의 활성탄소 제조 기술을 개발한 임지선 박사의 연구에 큰 관심을 갖게 됐습니다. 이에 따라 화학연과의 기술이전을 통해 현재와 같은 전도성·다공성 탄소 제조 기술력을 갖추게 되었는데요. 그 사이 계속해서 석유화학 공정의 부산물을 이용해 개발한 탄소 소재의 고부가가치화에 열중하고 있던 임지선 박사는 전 세계적인 전기차 시장의 확대에 주목하게 됩니다. 이에 따라 전기차 주행거리 향상과 안전성 확보의 열쇠인 고용량 이차전지 음극재 개발에 주력한 끝에 전도성·다공성 탄소소재의 수많은 기공들 각각에 기존 흑연 음극재 대비 약 5배 이상의 용량에 해당하는 실리콘을 성장시키는 기술을 개발하는 데 성공했습니다.     이차전지의 새로운 비상   (좌) 화학연 임지선 박사 / (우) (주)스마트코리아 장채원 대표   임지선 박사팀은 서로 상충관계에 있는 이차전지 고용량화와 폭발사고 등의 안전성 문제를 동시에 해결할 수 있는 음극재 기술을 확보한 후 실험실에만 머물지 않았습니다. 앞서 요소기술들을 이전한 동양환경(석유계 잔사유를 이용한 바인더 피치 제조기술), 에스제이신소재(실리콘계 음극재용 탄소소재 제조기술) 그리고 스마트코리아의 3개 기업 모두와 힘을 합쳐 보다 적극적으로 상용화의 길을 모색하기 시작한 것입니다. 이 같은 노력 끝에 지난해 7월, 마침내 화학연과 3개 기업이 공동으로 고용량 음극재 생산을 추진하는 업무협약에 서명하게 됩니다. 임지선 박사팀으로부터 각각 이전받은 기술과 소재들을 하나로 묶어 이차전지 시장의 판도를 뒤흔들 만한 새로운 음극재 개발에 나서기로 결의한 것이지요. 이에 따라 스마트코리아는 실리콘의 부피팽창을 제어할 수 있는 구조의 다공성 탄소 지지체를, 동양환경이 코팅용 피치를 생산·공급하고 이를 에스제이신소재가 고용량·고안정성의 음극재로 최종 생산하는 역할을 나누어 맡게 되었습니다. 기존 흑연 음극재 대비 5~6배 이상의 용량과 함께 안정성 역시 30% 이상 우수한 이 새로운 이차전지 음극재는 현재 국내외 이차전지 제조사들의 뜨거운 러브콜 속에 차근차근 양산화가 추진되고 있습니다. 최종적으로 대규모 생산에 성공한다면 소재 국산화를 넘어 전 세계적으로도 새로운 고성능 음극재가 탄생하게 되는 것인데요. 국내에서 좀처럼 보기 드물었던 새로운 신소재 개발 협업 구조의 일원이 된 스마트코리아에도 거대한 변화의 바람이 불고 있습니다. 향후 음극재 소재의 매출 비중이 전체 사업구조의 90% 이상을 차지할 것으로 예상되며 실험실 안전환경 개선 장비 기업에서 소재 전문 기업으로 완전한 탈바꿈이 전망되고 있는 것이지요. 화학연과 함께 이륙을 준비하는 스마트코리아-동양환경-에스제이신소재의 삼각편대가 대한민국의 주력산업 이차전지를 더 높은 비상으로 이끄는 길잡이가 되기를 기대합니다.  

KRICT 스페셜2   기술패권 경쟁의 승부처 반도체·디스플레이   대한민국 경제의 가장 큰 버팀목인 ‘반도체·디스플레이’는 21세기 세계 기술패권 경쟁의 최대 승부처이기도 합니다. 인공지능·첨단로봇·차세대통신·양자 등의 미래 첨단산업에서 우위를 확보하기 위해 반드시 선점해야 할 교두보일 뿐만 아니라 외교와 안보 측면에서도 매우 중요한 전략 자산으로 부상하고 있기 때문입니다. 이에 따라 반도체·디스플레이 패권을 둘러싼 다툼은 기업 대 기업에서 국가 대항전 양상으로 빠르게 확전되고 있습니다.     초미세·고집적화의 열쇠 ‘ALD 전구체’ 화학연은 최근 정부의 12대 국가전략기술 정책에 발맞춰 ‘국가전략기술추진단’을 신설했습니다. 대한민국의 명운이 걸려있다고 해도 과언이 아닌 12대 국가전략기술의 핵심연구 중 상당수가 화학연에서 이뤄져 온 만큼 한층 가시적인 성과를 적기에 만들어내는 데 역량을 총결집하기 위한 조처입니다. 그 가운데서도 특히 화학연이 주목하고 있는 분야 중 하나는 세계 최고 수준의 소자 공정기술에도 불구하고 여전히 수입의존도가 높은 반도체·디스플레이 핵심소재들의 주권 확보입니다. 대표적인 소재가 바로 화학연이 국내 유일의 연구그룹을 형성하고 있는 ‘전구체’입니다. 전구체(前驅體, Precursor)는 반도체 기술 발전의 척도인 ‘집적도 향상’과 직접적으로 연결되어 있는 핵심물질입니다. 반도체의 집적도가 높아지면 부피가 작아져도 표면적은 더 넓어져 더 큰 전력을 다룰 수 있게 됩니다. 또한 보다 적게 재료를 사용해 전자기기의 소형화·경량화에 유리하고 치밀한 보호막이 형성되어 내구성도 높아지게 됩니다. 화학연에서는 이러한 박막화를 이용해 차세대 반도체와 디스플레이의 핵심소재 및 소자 개발에 관한 연구를 하고 있습니다. 특히 그간 개발한 전구체 소재의 반도체 공정 최적화를 위한 후속 연구와 함께 몰리브덴, 텅스텐, 스트론튬 등 기존에 없던 속성의 신개념 금속 전구체 개발에도 박차를 가하고 있습니다. 또한 p형 반도체 박막 중 최고 수준의 이동도를 자랑하는 주석 전구체, n형 반도체 박막 중 최고 수준의 이동도를 달성한 인듐 전구체 등은 정부가 주도하는 산학연 융합 소재혁신선도프로젝트를 기반으로 초고 해상도·초고유연 디스플레이용 전구체로 상용화하기 위한 연구가 계속되고 있습니다.     반도체 게임체인저 ‘유기 반도체’ 화학연은 2000년대 중반부터 향후 더욱 저렴하고 효율이 우수한 신소재가 반도체 패러다임을 바꾸게 될 것이라 예측했습니다. 바로 ‘유기 반도체’( Organic semiconductor)입니다. 가벼운 무게와 휘어지는 특성을 가진 유기 반도체를 이용하면 한층 다양한 형태의 전자소자와 첨단기기를 만들 수 있습니다. 화학연의 유기 반도체 연구가 세계적인 경향과 차별화되는 지점은 우수한 성능의 원천 소재 개발과 더불어 유기 반도체 상용화의 열쇠가 될 양산 기술 개발이 동시에 이뤄지고 있다는 점입니다. 유기 반도체는 무기 반도체와 달리 기판 위에 잉크처럼 바르는 저온·저비용의 용액 공정이 가능합니다. 이는 가볍고 유연한 유기 전자소자 구현을 가능하게 하는 특성이기도 합니다. 이렇게 간단한 제조공정으로 에너지 사용과 생산 비용을 크게 낮출 수 있는 유기 반도체의 상용화를 위해서는 대면적화 기술이 필요합니다. 원천 소재 연구와 대량 생산기술 개발의 유기적인 연계는 화학연이 세계적인 미개척지인 유기 반도체 분야에서 계속해서 높은 주목도의 연구 성과들을 배출하는 중요한 동력이 됐습니다. 고분자 도너 소재 대면적화 기술, 대량생산에 유리한 신규 대면적용 도너 소재 개발, 계면제어 소재와 대면적 인쇄 기술 개발, 저가 억셉터 소재 개발, 근적외선 흡수 광활성 소재 개발 등 계속해서 국제적으로 주목받는 연구 성과들을 배출하게 됐습니다. 화학연의 유기 반도체 연구개발은 현재 세계 최초의 고성능 신규 단량체 개발, 유기태양전지의 제조비용을 20분의 1로 낮출 수 있는 비풀러렌계 억셉터 소재 개발, 3D 시뮬레이션 기법을 이용한 실버 전극 기반 고효율 투명태양전지 개발 등으로 진화 속도가 더욱 빨라지고 있습니다. 또한 2023년 다시 한 번 17% 이상의 효율을 가진 투명 유기태양전지 개발에도 성공하며 원천 소재와 대량생산 기술 모두에서 국제적인 리더의 입지를 더욱 공고히 다지는 중입니다.     ‘저차원 나노복합소재’와 전자소자 혁신 ▲ 유기태양전지 현재 세계의 연구현장에서 가장 중요하게 다뤄지고 있는 소재들 중 하나는 뛰어난 전기적, 기계적, 열적, 광학적 특성을 나타내는 ‘저차원 나노소재’입니다. 풀러렌(0D), 탄소나노튜브(1D), 그래핀(2D), 그라파이트(3D) 등의 저차원 나노소재는 얇은 두께에서 비롯되는 우수한 물리적 유연성과 더불어 강한 층내결합으로 뛰어난 물리적 강인함을 가집니다. 또한 물질별로 각기 다른 전기적 특성을 보이기 때문에 기존의 벌크형 소재로는 구현할 수 없었던 고유연성, 초소형, 저전력 특성의 차세대 IoT 기기에 아주 적합한 소재입니다. 하지만 우수한 물성에도 불구하고 대체적으로 추출과 특성 제어가 힘들다는 공통점을 안고 있습니다. 이에 따라 화학연은 ‘저차원 소재’와 ‘소자화 기술’의 양대 핵심 연구역량을 기반으로 저차원 소재와 저차원 소재, 저차원 소재와 고분자 소재 등의 융합을 통해 각각 원래의 성질을 유지하면서도 다양한 기능성을 갖게 되는 나노복합소재를 만들기 위한 연구에 집중하고 있습니다. 이와 함께 저차원 나노복합소재의 고도화를 위해 그래핀, 탄소나노튜브를 비롯해 그래핀과 같은 2차원 구조의 육방질화붕소, 반도체와 금속의 두 가지 상을 가진 전이금속 칼코겐화합물, 금속성의 표면 작용기로 우수한 전도성과 기계적 특성을 보여주고 있는 맥신(MXene) 등 다양한 2차원 신소재들의 합성과 기능화 연구에 더욱 박차를 가하고 있습니다. 이런 과정에서 새로운 잠재력의 하이브리드 복합 소재들도 속속 모습을 드러내고 있습니다. 또한 저차원 나노복합소재의 본격적인 상용화에 대비해 대면적으로 합성하는 기술 개발에 더욱 주력하고 있습니다.   소부장 국산화 첨병 ‘불소’ 2019년 발생한 일본 수출규제 사태는 우리나라의 최대 수출품목인 반도체·디스플레이 산업에서 매우 핵심적인 역할을 해온 ‘불소’ 소재의 가치를 새롭게 인식하는 분수령이 됐습니다. 한·일 양국의 외교 관계 정상화에 따라 핵심소재 수급의 어려움은 대부분 해소되었지만 국내 산업 생태계의 취약 지점을 보완하기 위한 노력은 계속되어야 합니다. 화학연은 지난 30여 년간 큰 문제의식 없이 수입에 의지했던 불소계 소재와 공정 기술 국산화의 길을 앞장서 헤쳐 오며 국내 유일의 전문 연구그룹으로 성장했습니다. 특히 불소계 계면기능재료 중 불소계 단량체와 고분자·고무·오일·윤활유와 불소계 기능성 소재 및 중간체 등의 제조기술과 공정 개발에서 많은 성과를 쌓으며 2018년부터 2020년까지 3년 연속 국가연구개발 우수성과 100선에 선정될 만큼 묵직한 존재감을 유감없이 발휘했습니다. 화학연 연구팀은 2019년 불소화학소재공정 국가연구실(N-LAB) 지정과 함께 현재 100대 핵심품목 중 7개에 이르는 불소계 소재의 상용화 기술개발에 주력하고 있습니다. 또한 당장의 범용 소재군 개발을 넘어 소량 생산만으로도 큰 부가가치를 만들어낼 수 있는 첨단 기술집약형 불소계 소재의 개발에도 집중하고 있습니다. kg당 가격이 수십만 원에서 수백만 원을 호가하는 비휘발성 반도체 메모리용 불소소재, 연료전지 이온교환막, 우주항공용 불소고무, 친환경·생체적합형 소재 등의 기술집약형 불소계 계면기능재료들입니다.   첨단 고분자 ‘폴리이미드’ 고분자, 이른바 플라스틱은 놀라운 가성비, 빈틈없는 내구성, 거의 모든 사물에 응용 가능한 확장성으로 현대문명의 중요한 물적 기반이 되어 왔습니다. 그 가운데서도 폴리이미드(PI, polyimide)는 영하 273℃에서 영상 400℃까지 광범위한 온도 영역에서도 물성이 변하지 않으며 강도, 유연성, 불이 옮겨 붙지 않도록 하는 자기소화성 등 첨단 플라스틱의 끝판왕이라 불릴 만큼 뛰어난 기능성을 자랑하며 21세기 첨단산업 전반을 주도하는 필수 구조재료로 자리를 잡았습니다. 현재 우리가 사용하는 스마트폰의 대부분은 폴리이미드와 구리를 결합해 만드는 유연인쇄회뢰기판(FPCB, flexible printed circuit board)을 채택하고 있습니다. 또한 표면이 딱딱하면서도 수십만 번을 접었다 펴도 흠집이 나지 않는 폴더블폰의 비결 역시 액정 위의 투명필름인 불화 폴리이미드에 숨어 있습니다. 특히 불소로 폴리이미드 고유의 갈색을 제거해 무색투명하게 만든 불화 폴리이미드는 차세대 플렉서블 디스플레이 구현에 없어서는 안 될 핵심소재입니다. 2019년 국가연구실(N-LAB)로 지정된 화학연 정보·전자폴리머 국가연구실은 빠르게 관련 기술 분야에서 우수한 성과들을 양산하고 있습니다. 2020년 개발한 트랜지스터용 유연·절연 소재가 대표적입니다. 디스플레이를 자유자재로 구부리거나 접으려면 디스플레이 패널 전면에 적용되는 트랜지스터용 절연체에 유연한 소재를 써야 합니다. 2021년에는 고내열 포토레지스트 전체 조성물의 40% 이상을 차지하는 핵심 소재임에도 불구하고 그간 국내에 생산기술을 가진 기업이 없어 전량 수입하고 있던 반도체 후공정용 고내열·감광성 폴리이미드 소재와 미세패턴화 공정 기술을 개발해 국내 기업에 이전하는 데도 성공했습니다. 고내열·고강도 고분자는 4차 산업혁명 시대 첨단산업의 확대에 따른 급격한 시장 증가로 미래가 더 기대되는 첨단 신소재이기도 합니다. 이에 따라 화학연의 고기능 폴리이미드 연구는 차세대 반도체 패키징용 고내열 소재, 유기박막트랜지스터용 절연막, 유연디스플레이용 플라스틱 기판, 유전특성 및 열특성 제어소재, 고안정성 배터리용 바인더 및 분리막 소재, 물을 용매로 사용하는 친환경 폴리이미드 중합 기술, 3D 프린팅용 폴리이미드 기술, 형상기억과 자기치유 등의 특성을 가진 스마트 고분자, 5G통신용 폴리이미드 소재 등 세계시장을 선도할 첨단 미래 소재 분야로 무한 확장되고 있습니다.     자가발전 전원 ‘열전소재’   유연열전소자 스마트 디바이스와 웨어러블 헬스케어 기기의 자가발전 전원으로 이용될 수 있는 열전소재 역시 화학연의 중요한 관심사입니다. 이 가운데서도 화학연이 특별히 주목하고 있는 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. 화학연 유기 열전소자 연구개발의 핵심 목표는 ‘고효율 열전소자’, ‘자유로운 형상 구현’ 그리고 상용화에 필수적인 ‘대면적화’를 위한 원천기술 확보라는 3가지 키워드로 압축할 수 있습니다. 이를 통해 유기 고분자 소재와 카본나노튜브를 복합화한 하이브리드 열전소재는 20℃ 미만의 온도 차이에서 0.1mW 이상의 우수한 열변환 출력량을 나타내며 그해 KRICT 혁신기술로 선정됐습니다. 2019년에는 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스’의 표지를 장식한 ‘스펀지형 유연 열전소재 탄소나노튜브 폼’을 개발했습니다. 이 열전소재는 낮은 열전도도와 함께 스펀지처럼 자유자재로 휘어지는 특성을 갖고 있어 열원의 형태와 상관없이 신체에 부착하는 웨어러블 기기를 비롯해 경량화가 요구되는 자동차, 우주항공 분야까지 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대를 모았습니다. 이어 2020년에는 또 다시 새로운 유기열전소재 개발에 성공하며 국제적으로 큰 두각을 드러냈습니다. 강력한 유기열전소재 후보로 전 세계적인 주목을 받고 있던 고분자 ‘폴리티오펜’의 열전성능을 대폭 향상시킨 것입니다.화학연은 현재 열원의 형태에 따라 신축과 변형이 자유로운 열전소재 원천기술과 인쇄공정 기반의 고집적화 및 수직형태 열전소자 제작 기술을 기반으로 고인성·고효율의 대면적 유연열전모듈 제조기술을 개발하는 데 더욱 박차를 가하고 있습니다. 이처럼 한 발 앞선 예측을 바탕으로 미래 반도체·디스플레이 산업의 혁신기술 창출에 힘써온 화학연의 연구개발 노력이 세계 기술패권 경쟁에서 분투 중인 한국 반도체·디스플레이 산업에 새로운 초격차 전략을 제시하는 길잡이가 될 수 있기를 기대합니다.  

  KRICT 스페셜1   초격차 ‘이차전지’ 개발을 향해   올해 우리나라 주식시장의 가장 큰 화두 중 하나는 ‘이차전지’입니다.코스닥 시장에서 무려 16년 만에 황제주가 탄생할 만큼 이차전지 관련 기업들을 향한 국내외 투자자들의 매수 열기가 무척 뜨겁습니다. 기후변화 대응을 위한 국제사회의 친환경 정책에 따라 이차전지 시장이 폭발적으로 성장하며 세계 최고 수준의 기술력을 보유한 한국 기업들의 미래 가치 역시 더욱 높아지고 있는 것입니다.     국가전략기술 릴레이 포럼의 선두주자 지난 4월 5일 ‘제1회 국가전략기술 포럼’이 열렸습니다. 과학기술정보통신부가 개최하는 이 포럼은 과학기술이 경제성장뿐만 아니라 국방·안보 등 국가 생존과 직결된다는 공감대에 따라 분야별 최고 전문가들과 함께 국가 차원의 전략기술 육성 방향을 모색하는 장입니다. 12대 국가전략기술이 순차적으로 다뤄질 예정인 가운데 첫 번째 개최된 포럼 주제로 ‘이차전지’가 선정된 것은 조만간 대한민국의 최대 수출품인 반도체보다 더 큰 시장을 형성하게 될 것으로 전망되고 있기 때문입니다. 이차전지는 스마트폰부터 전기차, 에너지 저장장치(ESS) 등에 이르기까지 현대 모든 산업의 핵심 부품입니다. 또한 전 세계적인 무선화와 전동화 흐름 속에서 그 중요성과 위상이 더욱 높아지고 있지요. 우리나라는 이차전지 분야에서 세계적인 경쟁력을 자랑합니다. 하지만 격화되는 기술패권경쟁 속에 주도권을 계속 유지하려면 국가적 차원의 지원과 역량의 결집이 필요한 상황입니다. 이에 따라 이날 포럼은 한국을 대표하는 LG엔솔·삼성SDI·SK온 등의 이차전지 3사를 비롯해 정부출연연구기관, 대학, 정부 인사까지 국내 산·학·연·관 관계자들이 대거 운집한 가운데 국내외 연구개발 동향과 정부 R&D 방향 등에 대한 열띤 발표와 토론이 이어졌습니다. 이와 함께 리튬이차전지 및 핵심소재, 차세대 이차전지 소재·셀, 이차전지 모듈·시스템, 이차전지 재사용·재활용 등 세부기술들에 대한 출연연들의 연구 현황도 함께 공유되었는데요. 이 가운데서도 특히 비교적 이른 시기부터 이차전지 산업의 잠재적인 파급력에 주목하며 차세대 이차전지 연구개발에 주력해온 한국화학연구원의 주요 연구 성과들이 참석자들의 이목을 집중시켰습니다.     차세대 기대주 ‘고분자 전고체 이차전지’ 화학연은 연구원 설립 초기부터 합성 소재를 이용한 광소자와 전자소자 등 새로운 소재 개발로 연구 영역을 확대하던 중 이차전지 산업의 중요성이 크게 높아짐에 따라 2011년 관련 연구조직을 개편해 차세대 이차전지에 대한 연구 개발을 본격화했습니다. 그 가운데서도 현재 리튬이온 이차전지 독주체제의 가장 강력한 대항마로 떠오른 고체 고분자 전고체 이차전지, 리튬황 이차전지와 또 다른 다크호스인 리튬공기 이차전지를 중점적으로 연구해왔습니다. 이차전지의 대표주자인 ‘리튬이온 이차전지’는 1991년 첫 상용화 이후 지속적인 에너지밀도와 충·방전 효율 향상에 힘입어 21세기 이차전지 시장의 대부분을 석권하고 있습니다. 하지만 계속되는 연구개발과 성능향상에도 불구하고 여전히 가장 큰 약점인 발화 가능성에 대한 의구심이 해소되지 않고 있는 상황이지요. ‘고분자 전고체 이차전지’는 전기차 화재의 주범으로 지목 받고 있는 액체 전해질 대신 고체를 이용하는 리튬이온 이차전지입니다. 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 매 개체를 고체로 만들어 단락으로 인한 화재 가능성을 크게 낮추는 것입니다. 또한 고분자 전고체 이차전지는 5~10분 정도로 충전 시간이 매우 짧고, 한 번 충전으로 확보할 수 있는 주행거리도 리튬이온 이차전지보다 훨씬 긴 것으로 알려져 있습니다. 고체 전해질로 크기와 부피, 무게를 줄이는 게 용이한 것도 강점입니다. 이차전지 크기가 작아질수록 차량에 탑재할 수 있는 편의장비와 공간이 더욱 늘어나기 때문입니다. 이런 가운데 화학연은 2022년 2월 고분자 전고체 이차전지의 핵심기술을 국내 소재기업에 이전하며 갈 길 바쁜 국내 전고체 이차전지 연구개발에 한층 속도를 더하게 될 것으로 기대를 모았습니다. 화학연은 그간 고분자 내에 리튬 전해질염이 녹아 액체 전해질이 없이도 높은 이온 전도를 가지는 전고상 고체고분자 전해질(Intrinsic Solid Polymer Electrolyte)과 자유변형 전고체 리튬 고분자 전지 개발 등 전고체 이차전지 분야에서 빠르게 기술발전을 거듭해왔습니다. 특히 화학연 연구진이 개발한 고분자 전고체 이차전지는 기존에 알려진 전고체 이차전지용 고체전해질보다 뛰어난 이온전도도, 유연성의 고분자 고체전해질과 우수한 복합전극 기술이 적용되며 전고체 이차전지 고유의 강점인 에너지밀도와 안전성을 한층 더 향상시킨 것입니다.     부존자원 풍부한 황과 공기 화학연의 또 다른 주요 연구 분야인 ‘리튬황 이차전지’는 황(S)을 양극재로 사용합니다. 황은 부존자원도 풍부한 데다 정유와 철강 산업의 부산물로도 많이 생산되기 때문에 이차전지의 가격을 크게 낮출 수 있습니다. 또한 에너지밀도가 이론적으로 리튬이온 이차전지보다 최소 2배에서 최대 10배에 이르는 것으로 보고되고 있어 상용화에 성공할 경우 전기차 이차전지 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 이차전지 제조 기술 확보에 주력하고 있습니다.   ‘리튬공기 이차전지’는 공기 중의 산소를 이차전지의 양극재로 사용하는 초경량 전지입니다. 산소의 산화·환원 반응을 반복하는 것만으로도 기존 리튬이온 이차전지의 10배 이상 에너지를 저장할 수 있기 때문에 궁극의 차세대 이차전지로도 불리고 있습니다. 화학연은 리튬공기 이차전지 방전반응에서 산소 소모량과 충전반응의 반응 생성가스를 실시간 평가할 수 있는 in-situ DEMS(differential electrochemical mass spectrometer) 장비를 국내 최초로 설치해 리튬공기 이차전지의 핵심인 전극 및 전해질 소재 개발에 활용하는 한편, 리튬공기 이차전지 실시간 분석기술을 국내 주요 자동차 제조사에 성공적으로 이전했습니다.   리튬공기 이차전지의 특성에 크게 영향을 미치는 전해질 개발에서는 일반적인 카보네이트계 전해질을 비롯해 에테르계, 아미드계, 설퍼계보다 안정성이 높은 용매를 적용하는 연구가 한창입니다. 이를 바탕으로 산화-환원 안정성이 우수한 유기 용매와 기능성 리튬염의 조합으로 산소효율 90% 이상에 부생가스의 발생률은 0.1% 이하, 에너지 효율은 80% 이상을 구현하는 친환경 전해액을 개발했습니다. 충전 과전압을 낮추고 전해액 분해를 억제하기 위한 레독스 매개체 전해액 연구도 진행 중입니다.   또한 리튬공기 이차전지의 충·방전 가역성, 용량 및 에너지 효율 향상 등을 위하여 다양한 탄소계·비탄소계 전극 개발도 함께 추진되고 있습니다. 연구 초기에는 다공성 탄소 소재에 귀금속 촉매를 복합화한 전극 소재를 사용했습니다. 하지만 귀금속 촉매를 사용하는 전극은 우수한 특성에도 불구하고 고가에 중량 또한 무겁기 때문에 에너지 밀도가 떨어지는 단점이 있습니다. 이를 개선하기 위해 가격이 저렴한 금속 산화물 촉매 등을 합성·적용해 에너지 효율을 증대시키는 성과를 낳고 있습니다.     미래 패러다임 견인의 필수동력 이와 함께 화학연은 이차전지 4대 소재인 양극재, 음극재, 분리막, 전해질의 소재기술 혁신을 통해 기존 리튬이온 이차전지의 경쟁력을 한층 더 강화하기 위한 연구도 병행하고 있습니다. 화학연 연구진은 현재 상용화된 리튬이온 이차전지를 더 소형화하면서도 더 오래, 더 빠르게 사용하고 충전할 수 있는 새로운 전극 소재 개발에 집중하고 있습니다. 이를 위해 가벼우면서도 전도성이 우수한 그래핀, 전기 전도도 문제를 해결한 3차원 다공성 실리콘 구조체 등 고용량의 음극소재를 개발하기 위한 연구가 활발합니다. 기존의 흑연 대신 리튬금속을 음극재로 사용해 동일한 크기의 리튬이온 이차전지보다 높은 에너지밀도를 구현할 수 있는 리튬금속 이차전지도 중요한 관심사입니다. 이 같은 노력 속에 그래핀 전극을 이용한 12000mAh/g의 고용량 이차전지 기술, 진공 여과법을 이용해 제조하는 종이 형태의 그래핀 전극소재 제조 기술, 저렴한 카본블랙계 탄소의 전기화학적 특성을 향상시켜 충전 과전압을 낮추고 분해반응을 억제하는 기술, 전기방사법을 이용한 나노탄소섬유 전극 제조 기술, 마이크로파를 이용하는 금속 산화물 양극 소재 합성에서 시트르산을 첨가해 계층구조를 갖게 한 리튬인산철 양극소재 등 차세대 이차전지의 핵심 기술 연구개발 전반에서 고른 성과를 양산하고 있습니다. 한편 산업은행의 통계에 따르면 주요 생산국인 한·중·일 3국을 중심으로 생산되는 전 세계 리튬이온 이차전지 출하 량은 221GWh로 집계되고 있습니다(2020년 기준). 또한 연 평균 32%씩 성장해 2030년에는 10배가 넘는 3,670GWh에 이를 것으로 전망되고 있습니다. 특히 최근 리튬이온 이차전지의 폭발적인 성장세를 주도하는 것은 전 세계적인 탄소중립 움직임 속에 기하급수적으로 확대되고 있는 전기차 시장입니다. 전문가들은 우리나라를 비롯한 전 세계의 주요 자동차 회사들이 속속 가솔린·디젤 등의 내연기관차 생산을 중단하고 모든 차종을 전동화하겠다는 계획을 추진하며 현재 이차전지 수요의 65%를 차지하고 있는 전기차의 비중이 2030년 89%까지 치솟을 것으로 내다보고 있습니다. 하지만 본격적인 스마트 모빌리티 시대의 새로운 패러다임을 선도하기 위해서는 리튬이온 이차전지의 한계를 극복할 고용량·고안전성의 차세대 이차전지 개발이 필수적입니다. 이에 따라 이차전지 주요 생산국인 한·중·일 3국을 중심으로 한 세계 각국의 신기술 개발 경쟁은 점입가경으로 치닫고 있습니다. 한 발 앞선 전망을 바탕으로 이차전지 연구개발에 힘써온 화학연의 노력이 다시 한 번 더욱 안전하고 경제적인 한국산 이차전지 탄생의 마중물이 되기를 기원합니다.        

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