무(無)에서 유(有)를 창조하는 친환경 소재 원천연구자
무(無)에서 유(有)를 창조하는 친환경 소재 원천연구자
  • 박성래 기자
  • 승인 2018.12.01 14:19
  • 댓글 0
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이승걸 부산대학교 유기소재시스템공학과 교수
이승걸 부산대학교 유기소재시스템공학과 교수
이승걸 부산대학교 유기소재시스템공학과 교수

부산대학교 유기소재시스템 공학과에서 친환경 신소재와 관련해서 수소전지와 2차 전지, 그리고 그에 사용되는 촉매 및 강화제에 관한 원천연구를 진행하는 이승걸 교수는 원천연구는 매 순간이 난제라고 말하며 아무도 정답을 모르는 분야이기 때문이라고 덧붙였다. 결과가 좋아도 불안하고 나쁘면 더 좋지 않고, 이 때문에 테스트를 진행하기 위해 모델링을 하는 일 자체도 매우 큰 난제라고 고백한 그는, “연구자에게 과제가 있다는 건 아직 해결되지 않은 문제가 있다는 뜻이라고 강조하며 원인을 파악하고, 끊임없이 현 상황에 왜? 라는 질문을 던지는 일을 놓쳐선 안 된다고 조언했다. 실제로도 본 연구에 들어가기까지 문제를 분석하는 과정에 가장 많은 시간을 할애한다는 그, 응용과학 발전을 위해 늘 기초학문의 중요성을 역설하는 그에게 4차 산업 혁명 기술의 미래를 들어보았다.

 

곧 도래할 친환경 시대, 더욱 효율적인 배터리 소재를 찾아서

최근 글로벌 자동차기업 현대자동차에서 수소전지 기반의 하이브리드 자동차 브랜드를 런칭했다. 정부 및 지자체의 여러 세제 혜택과 최근 뜨거운 감자인 친환경 소재이슈에 힘입어 런칭이 곧 완판이라는 신화를 써내려가고 있다. 부산대학교 유기소재시스템공학과 이승걸 교수는 정부기관 및 기업의 제안을 받아 이번 런칭과 관련된 수소전지 전극체, 촉매제, 강화제 관련 연구를 진행해오고 있다.

친환경 시대의 대안으로 흔히 꼽는 전기와 수소는 라이벌입니다. 구동원리가 다르고 장단점도 분명합니다. 근래 주목받고 있는 친환경 소재 자동차는 종래의 연구 바운더리 안에서 보자면 전기 및 수소전지를 동시에 사용한 하이브리드형 자동차이죠. 현재 100% 전기차를 상용화하기에는 효율적인 고용량 배터리를 만드는 일과 긴 충전 시간이 난점이고, 수소연료 자동차는 충전 인프라가 아직 널리 보급되지 않은 점이 앞으로 해결해야할 과제입니다.”

바로 이러한 이유로 이 교수는 수소 연료전지효율성 확보를 위해 충전재, 수소 전지 촉매제, 강화제에 관하여 다각도의 연구를 진행하고 있다. 또한 신진연구자사업으로 탄소기반 음극재 설계 연구를 진행했던 그는 그래핀, 탄소나노튜브, 풀러렌 등에서 음극재 및 에너지 저장 소재로의 가능성을 확인했으며 이를 기반으로 연구를 확장하여 이론상 용량이 높다고 알려진 금속계 및 실리콘 소재에 관한 연구를 통해 음극재 용량 확보에 박차를 가하고 있다.

금속계 및 실리콘 소재는 용량이 높은 대신 안정성이 종래 이용되던 탄소 소재에 비해 낮습니다. 이것을 극복하기 위한 연구를 현재 진행하고 있습니다. 촉매제의 역할은 반작용을 제어하고, 반응을 보다 더욱 빨리 도출할 수 있게 되는 물질인데, 이게 현재로선 플루토늄밖에 상용화된 것이 없습니다. 단가 자체가 굉장히 비쌉니다. 연료전지의 비용을 100으로 가정했을 때 플루토늄이 반 가까이 차지할 정도다. 이를 대체하기 위한 촉매제의 대안 소재를 찾는 연구 그룹으로 논-플루토늄 그룹도 생겨나고 있고, 이곳에서 NPG라 이름 지은 소재를 개발하고 있다고 하고, 또한 고분자 소재를 무얼 쓰느냐에 따라서도 촉매의 반응과 내용의 결과값이 달라집니다. 저는 바로 이 두 가지 분야를 현재 연구하고 있습니다.”

이 교수의 생각은 분명하다. -플루토늄 이론을 활용한 효과적인 촉매제 개발과 고분자 신소재를 발견할 수 있다면, 고용량 배터리의 개발도 꿈이 아닐뿐더러 종래의 난제였던 생산 단가 문제를 해결해 상용화 및 수소·전기차의 보편화까지 이뤄낼 수 있다는 구상이다.

 

더욱 빠르게 전진하는 대한민국, 그 가운데 원천연구를 꿈꾸다

4차 산업 혁명과 관련해 현재를 보면, 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 지구온난화 및 이상 기후 현상을 대비하기 위해 범국가적인 움직임이 있다고 부산대학교 유기소재시스템 공학과 이승걸 교수는 말했다. 이는 우리나라 역시 기후변화대응사업을 통하여 관련 기술들에 대한 연구개발 및 상용화가 진행되고 있으며 한국과학기술연구원과 한국에너지기술연구원이라는 두 축을 쌍두마차로 발 빠르게 움직이고 있다고 그는 평했다.

아울러 우리나라는 LG 화학, 삼성 SDI, SK 이노베이션 등 대기업 중심으로 글로벌 2차 전지 시장을 이끌어 나가는 리딩 국가로서, 관련 연구개발 성과도 단시간에 매우 탄탄하게 갖췄다는 이야기 하고 있다. 또한 산학연의 연계도 매우 우수한 축에 속하지만, 다만 최근 중국이 매우 빠른 기세로 연구 분야를 따라오고 있어 원천 기술의 확보와 차후 개발 기술 유출을 막기 위한 노력을 최우선적으로 고려해야 한다고 진단했다. 이 교수의 생각은 분명하다. 가까운 미래에는 분명 전기차 및 수소전기차가 거리에 즐비할 것이며 이를 좀 더 앞당기기 위한 시대적 연구 과제는 수소전지의 완성도 및 효율성을 높이기 위한 내부 소재들의 최적화, 이를 어떻게 이뤄낼 것인가라는 점이다.

저는 박사과정 때부터 연료전지 분야를 연구해 왔습니다만 그 당시 대중의 관심과 정부의 지원이 부족했던 연구 분야여서 늘 아쉬운 마음이였습니다. 그러나 근래 친환경 이슈관련 R&D에 관심이 높아지고 있는 상황 가운데 많은 독자들에게 이차 연료전지의 중요성과 이를 통해 변화될 미래를 알릴 수 있어 감사한 마음입니다. 현재 저는 머신러닝 기법을 통해 어떤 소재를 어떻게 사용해야 수소 연료 전지의 최대 효율성 확보할 수 있을지에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 이미 일선에서도 연료전지 전극체 설계 과정을 컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용해 분자의 움직임을 예측하고 구성 물질 구조에 따른 다양한 성능 변화들에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 그러나 아직도 밝혀지지 않은 미지의 신소재들이 참 많으므로 하루 빨리 국가차원에서 이에 대한 스크리닝 작업이 필요하다고 생각합니다.”

이와 관련, 이 교수는 에너지 신소재 분야에서 전념하고 있는 모든 연구자들을 위해 보편화된 알고리즘으로 구동되는 신소재 전문 연구 플랫폼이 필요하다고 말했다. 이를 실현하기 위해 내년 미국 파견을 나갈 계획이라고 밝힌 그는, 차후 미국 조지아공대와의 협력연구를 통해 에너지 소재 설계의 플랫폼 기반 기술 개발을 위한 머신러닝 관련 연구를 지속할 생각이라며 환하게 웃었다. 비록 개발시작부터 상용화까지의 과정이 정말 고되고 어렵다는 평을 받는 것이 원천연구지만, 국가 및 산업체가 필요한 기술을 확보하는 것이 우리 기업의 어려움을 돕는 일이며 그것이 곧 국가 경쟁력을 제고하는 중요한 과업이기에 늘 사명감을 가지고 임한다고 말했다.

 

경쟁력 확보를 위해 선진국 시스템을 배워야 한다

이렇듯 밤낮 가리지 않고 연구에 몰두하는 부산대학교 유기소재시스템 공학과의 이승걸 교수가 제자들에게 강조하는 이야기가 또 있다. 바로 건강관리에 힘쓰라는 것이다.

건강이 무너지면 하고 싶은 연구도 할 수 없게 됩니다. 젊을 때 몸을 혹사해서도 된다고 생각하는 경향이 종종 있는데 장기전을 위해선 그래선 안 된다고 생각합니다. 자기관리도 연구원이 지녀야 할 매우 중요한 덕목이지요.”

또한 이 교수는 연구 환경과 관련해서 타 국가와는 비교하고 싶지는 않지만, 관련 연구자로서 가깝고도 먼 나라 일본의 환경이 좀 부러울 때도 많다고 이야기 한다. 그의 말에 따르면 일본의 대학 및 기관들의 연구 시스템은 대학원생-조교수-부교수-정교수라는 일련의 피라미드 도제식으로 이루어져 있다고 한다.

이러한 피라미드 위계 서열 구조로 인해 발생하는 여러 단점들도 있겠지만 하나의 주제를 가지고 몇십년 가까이, 대학원생 시절부터 정교수에 이르기까지지 연구에 몰두하는 학자들이 생기기 때문이라는 것이다. 이 교수는 이와 관련, “이러한 마치 연구 장인 시스템이 일본이 지닌 다수의 노벨상을 받게되는 경쟁력 아닐까요.”라고 덧붙였다.

이 교수가 생각하는 일본 학자들의 부러운 부분은 또 있다. 바로 대학원생에 대한 인건비 지급과 같은 처우 문제에서도 일본 연구계는 한국의 현실과 비교했을 때 국가에서 상당 부분 많은 지원을 받고 있기 때문이다.

일본 연구계는 연구에 참여하는 대학원생들의 인건비 지급을 전액 국가 지원으로 준다고 들었습니다. 그것도 연구자로서 부러운 부분 중의 하나입니다. 사실 우리나라의 경우 대부분 프로젝트 예산에서 지급해야 하는데 연구에 필요한 장비를 갖추기에도 빠듯할 정도입니다. 반면 일본의 지역 거점 국립대학 및 연구 기관 소속 연구원들은 인건비를 전액 지급해주고 각 대학 아래 하나의 연구팀이 구성되면 국가 차원의 관리를 받아 지속적으로 필요한 연구비를 지원받을 수 있습니다. 아마 일본 원천연구의 경쟁력이 여기서 나오는 것 같습니다.”

 

원천 기술, 더욱 장기적인 안목으로 지속적으로 가꾸어야

반면에 우리나라의 실정은 어떠한가. 이에 관해 기자가 묻자 이 교수는 경쟁해서 따와야 하는 상황이라고 전하며 이를 위해 한 해 제출하는 논문 개수까지도 실적이 되는 현실이 일선 연구자들에게 강한 부담이 되고 있다는 이야기도 보탰다.

연구비 지원을 심사하는 위원회의 기준도 까다롭긴 매한가지다. 본래 이 교수가 대학원생 시절부터 연구했던 연료전지 분야도 한국에서는 최근까지 별 관심을 받지 못했던 소외 연구 분야였다. 이에 대해 이 교수는 심사위원들도 사회에서 주목될 만한 이슈가 터지기 전에는 다양한 분야에서 이루어지고 있는 원천연구에 대한 관심이 다소 부족한 편이라고 생각합니다.”라고 말하며, “특히 우리나라에서 이제야 관심을 보이는 머신러닝의 경우 미국 및 구글에서는 이미 활발히 연구를 진행하며 성과를 만들어온 분야입니다. 선진국이 장기적인 관점에서 오랜 시간 공들여서 개발한 성과물을 국내에서는 본격적으로 이슈가 돼서야 단기간에 따라잡으려 집중한다.”라는 다소 뼈아픈 지적도 남겼다. 이래서는 늘 타국에 비해 응용 연구의 기초분야의 가 약할 수밖에 없다. 세계 최고의 문턱에서 한국 연구자들이 어려워 할 수밖에 없는 현실이 바로 이러한 무관심조급증에서 기인한 것이다. 이 교수는 이와 관련, “다양한 분야의 원천 기술 확보를 위해서는 정부에서 장기적인 안목과 신뢰를 가지고 꾸준한 지원이 필요합니다. 그 사실을 부디 여러 관련 기관에서 이해해주셨으면 좋겠습니다.”라는 부탁을 남겼다.

참으로 어렵고도 고된 길, 하지만 그럼에도 불구하고, 원천연구뿐만 아니라 상용화를 위한 연구까지 활발히 진행하고 있는 이 교수는 끊임없이 연구를 지속 할 수 있는 동기는 무()에서 유()로 해답을 찾아가는 과정의 즐거움 때문이라고 한다. 앞으로 그의 친환경 소재 연구를 통해 펼쳐질 청정 대한민국과 향상된 우리 삶의 모습들을 즐거운 마음으로 기대해본다.


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