- 태양광 조사 조건에서 작동하는 친환경 나노플라스틱 제거 소재 - 기존 정수장에서 처리하기 어려운 수백 나노미터 수준 미세플라스틱 추가설비 없이 응집제만으로 99% 제거 가능 플라스틱 폐기물은 시간이 지나면서 분해를 거듭해 미세플라스틱으로 변한다. 현재 운용 중인 정수장에서는 20μm보다 작은 미세플라스틱은 제거할 수 없어 보다 큰 크기로 뭉친 후 제거해야 한다. 이를 위해 철 (Fe) 또는 알루미늄 (Al) 기반 응집제가 사용되나, 이들 물질은 물에 잔류해 인체에 심한 독성을 유발하기 때문에 별도의 처리 공정이 요구되는 등 궁극적인 해결책은 되지 못한다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀은 가시광이 조사되는 조건에서 나노플라스틱을 효과적으로 응집할 수 있는 친환경 금속-유기물 골격체 기반 고형 응집제를 개발했다고 밝혔다. 페로시안화 칼륨 용액에 염화 철(III)을 더한 금속-유기물 골격체 기반 물질인 ‘프러시안 블루’최초의 합성안료로 청바지를 진한 파란색으로 물들이는 데 사용되며, 최근에는 일본 방류수에서 방사성 원소인 세슘을 흡착하는 용도로도 사용된 바 있다. KIST 연구팀은 프러시안 블루를 활용한 수중 방사성 물질 제거 관련 실험을 진행하던 중 가시광 조사 조건에서 프러시안 블루가 미세플라스틱을 효과적으로 응집하는 현상을 발견했다. KIST 연구팀은 프러시안 블루의 응집효율을 극대화할 수 있도록 결정 구조를 조절해 미세플라스틱을 효과적으로 제거할 수 있는 소재를 개발했다. 개발된 소재에 가시광을 조사하면 기존 여과기술로는 제거하기 힘들었던 약 0.15μm(150nm) 직경의 초미세플라스틱을 약 4,100배 크기로 응집해 제거가 용이한 크기로 만들 수 있다. 실제 실험 결과 물속 미세플라스틱을 최대 99%까지 제거하는 것을 확인했다. 개발된 소재는 또한 자신보다 3배 이상 많은 양의 초미세플라스틱을 응집할 수 있는 성능을 지니고 있는데, 이는 기존에 활용되는 철이나 알루미늄을 사용한 응집제보다 약 250배 우수한 응집효율이다. 연구팀이 개발한 소재는 특히 인체에 무해한 프러시안 블루 소재를 사용할 뿐 아니라 물에 녹여 사용하는 방식이 아닌 고형 응집제를 사용하기 때문에 잔여물 회수가 쉽다. 또한 자연광을 에너지원으로 하므로 저에너지 공정 구현 또한 가능하다. KIST 최재우 박사는 “일반적인 하천, 하폐수 처리 시설이나 정수장에 적용할 수 있는 후보 소재로서 상용화 가능성이 매우 높은 기술”이라며, “개발된 소재를 사용하면 수계에 존재하는 나노플라스틱뿐 아니라 물속 방사성 세슘까지 정화할 수 있어 안전한 물을 공급할 수 있을 것”이라고 기대했다. 한편, 논문의 제1저자인 KIST 정영균 박사후 연구원은 “이 소재의 원리를 활용하면 초미세플라스틱 뿐 아니라 수계에 존재하는 다양한 오염물질을 제거하는데 활용 가능할 것”이라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 소재혁신선도사업(2020M3H4A3106366)과 KIST 기관고유사업(2E32442)으로 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Water Research」에 10월 1일 게재*되었다. [그림 1] 나노플라스틱과 가시광 활성 응집 소재의 상호작용 수중 응집소재가 가시광조사 환경에서 나노플라스틱과 정전기적인 상호작용을 통해 화학적인 산화-환원 반응을 일으키고 그 결과 안정화된 응집물이 형성된다. [그림 2] 가시광활성 나노플라스틱 응집소재의 구조 및 응집 과정 (a) 나노플라스틱 응집 소재의 구조와 합성 과정을 보여준다. (b) 가시광이 조사되는 나노플라스틱이 존재하는 물에 응집소재를 첨가한 후 응집물이 형성되는 과정을 보여준다. 가시광이 조사되면 (f) 격자 내 전자 이동이 발생되어 정전기적인 준안정 상태를 유도한다. (g) 이를 안정화하기 위하여 표면 음전하를 띤 나노플라스틱과 응집 현상이 일어나고 (h) 안정화된다. 20 μm 이상의 응집물에 포함된 나노플라스틱을 (c) 막을 활용하여 회수한다. (d) 이미지는 응집물을 촬영한 전자주사현미경 이미지를 보여주며 (e)는 응집물에 포함된 나노플라스틱을 보여주는 확대 전자주사현미경 이미지이다. [그림 3] 응집 소재를 활용한 나노플라스틱 제거 성능 (a)는 가시광 조사 환경에서 시간에 따라 나노플라스틱과 응집소재가 응집되어 서로 뭉치는 과정을 촬영한 스냅숏 이미지를 나타낸다. (b) 처리 시간에 따라 응집물의 크기가 증가되어 25분이 지나면 응집물의 크기가 최대가 되며 제거 반응이 종료되는 것을 나타내는 그래프이다. (c) 폴리알루미늄클로라이드(PAC)라는 상용 수용성 알루미늄 기반 응집제와 본 연구의 고형 응집 소재를 활용해 형성된 응집물이 형성된 후 교반 속도에 따른 용액의 탁도를 나타내는 그래프이다. 교반 속도가 증가하면서 생기는 흐름에 의해 응집물이 부서지면 탁도가 높아지게 되는데, 본 연구에서 소개된 소재(FeHCF nanobot)이 형성한 응집물이 상용 응집 소재(PAC)보다 약 2배 가량 높은 교반 속도에서 부서져 높은 물리적인 안정성을 나타낸다. 이러한 안정성은 응집물을 회수하기 용이하게 한다. (d) 나노플라스틱의 농도가 증가함에 따라 소재의 나노플라스틱 제거량이 높아지는 것을 나타내는 그래프이다. (e) 처리시간이 20분 정도 지나면 소재가 반응 평형에 도달해 빠르게 효율적으로 나노플라스틱을 응집할 수 있는 능력을 보여준다. (f) 기존에 개발된 응집 및 흡착소재와 나노플라스틱의 최대 제거 성능과 속도를 비교한 그래프를 나타낸다. 이전 연구들의 결과에서 도출된 수치를 큰 차이로 상회하는 결과를 보여준다. [그림 4] 응집 소재의 실제 자연수로 적용 가능성 평가 (a) 용액의 pH가 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프. 자연수와 유사한 중성 영역의 pH에서 나노플라스틱 제거 성능이 뛰어났다. (b) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 양이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. 또한, (c) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 음이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. (d) 잘 배열된 응집 소재의 결정 격자가 (e) 양이온이 공존하는 조건에서 내부 침투에 의한 격자 간격이 늘어나고(intercalation) 이에 따라 불안정한 상태가 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. (f) 음이온들이 결정 외부에 흡착되며 불안정한 상태가 되어 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. 하지만, (g) 공존하는 유기물은 미세플라스틱에 대한 응집 효율을 저하시켰다. (h) 나노플라스틱의 초기농도가 20 mg/L 미만인 경우에 99.9%의 제거 효율을 보여준다. (i) 적정 가시광의 세기가 조사되는 환경에서 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능이 가장 높았다. ○ 논문명: Visible-light-induced Self-propelled Nanobots Against Nanoplastics ○ 학술지: Water Research ○ 게재일: 2023.10.1. ○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120543 ○ 논문저자 - 정영균 박사 후 연구원 (제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 정경원 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단) - 최재우 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 태양광 조사 조건에서 작동하는 친환경 나노플라스틱 제거 소재 - 기존 정수장에서 처리하기 어려운 수백 나노미터 수준 미세플라스틱 추가설비 없이 응집제만으로 99% 제거 가능 플라스틱 폐기물은 시간이 지나면서 분해를 거듭해 미세플라스틱으로 변한다. 현재 운용 중인 정수장에서는 20μm보다 작은 미세플라스틱은 제거할 수 없어 보다 큰 크기로 뭉친 후 제거해야 한다. 이를 위해 철 (Fe) 또는 알루미늄 (Al) 기반 응집제가 사용되나, 이들 물질은 물에 잔류해 인체에 심한 독성을 유발하기 때문에 별도의 처리 공정이 요구되는 등 궁극적인 해결책은 되지 못한다. 한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀은 가시광이 조사되는 조건에서 나노플라스틱을 효과적으로 응집할 수 있는 친환경 금속-유기물 골격체 기반 고형 응집제를 개발했다고 밝혔다. 페로시안화 칼륨 용액에 염화 철(III)을 더한 금속-유기물 골격체 기반 물질인 ‘프러시안 블루’최초의 합성안료로 청바지를 진한 파란색으로 물들이는 데 사용되며, 최근에는 일본 방류수에서 방사성 원소인 세슘을 흡착하는 용도로도 사용된 바 있다. KIST 연구팀은 프러시안 블루를 활용한 수중 방사성 물질 제거 관련 실험을 진행하던 중 가시광 조사 조건에서 프러시안 블루가 미세플라스틱을 효과적으로 응집하는 현상을 발견했다. KIST 연구팀은 프러시안 블루의 응집효율을 극대화할 수 있도록 결정 구조를 조절해 미세플라스틱을 효과적으로 제거할 수 있는 소재를 개발했다. 개발된 소재에 가시광을 조사하면 기존 여과기술로는 제거하기 힘들었던 약 0.15μm(150nm) 직경의 초미세플라스틱을 약 4,100배 크기로 응집해 제거가 용이한 크기로 만들 수 있다. 실제 실험 결과 물속 미세플라스틱을 최대 99%까지 제거하는 것을 확인했다. 개발된 소재는 또한 자신보다 3배 이상 많은 양의 초미세플라스틱을 응집할 수 있는 성능을 지니고 있는데, 이는 기존에 활용되는 철이나 알루미늄을 사용한 응집제보다 약 250배 우수한 응집효율이다. 연구팀이 개발한 소재는 특히 인체에 무해한 프러시안 블루 소재를 사용할 뿐 아니라 물에 녹여 사용하는 방식이 아닌 고형 응집제를 사용하기 때문에 잔여물 회수가 쉽다. 또한 자연광을 에너지원으로 하므로 저에너지 공정 구현 또한 가능하다. KIST 최재우 박사는 “일반적인 하천, 하폐수 처리 시설이나 정수장에 적용할 수 있는 후보 소재로서 상용화 가능성이 매우 높은 기술”이라며, “개발된 소재를 사용하면 수계에 존재하는 나노플라스틱뿐 아니라 물속 방사성 세슘까지 정화할 수 있어 안전한 물을 공급할 수 있을 것”이라고 기대했다. 한편, 논문의 제1저자인 KIST 정영균 박사후 연구원은 “이 소재의 원리를 활용하면 초미세플라스틱 뿐 아니라 수계에 존재하는 다양한 오염물질을 제거하는데 활용 가능할 것”이라고 밝혔다. 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 소재혁신선도사업(2020M3H4A3106366)과 KIST 기관고유사업(2E32442)으로 수행된 이번 연구성과는 국제 학술지 「Water Research」에 10월 1일 게재*되었다. [그림 1] 나노플라스틱과 가시광 활성 응집 소재의 상호작용 수중 응집소재가 가시광조사 환경에서 나노플라스틱과 정전기적인 상호작용을 통해 화학적인 산화-환원 반응을 일으키고 그 결과 안정화된 응집물이 형성된다. [그림 2] 가시광활성 나노플라스틱 응집소재의 구조 및 응집 과정 (a) 나노플라스틱 응집 소재의 구조와 합성 과정을 보여준다. (b) 가시광이 조사되는 나노플라스틱이 존재하는 물에 응집소재를 첨가한 후 응집물이 형성되는 과정을 보여준다. 가시광이 조사되면 (f) 격자 내 전자 이동이 발생되어 정전기적인 준안정 상태를 유도한다. (g) 이를 안정화하기 위하여 표면 음전하를 띤 나노플라스틱과 응집 현상이 일어나고 (h) 안정화된다. 20 μm 이상의 응집물에 포함된 나노플라스틱을 (c) 막을 활용하여 회수한다. (d) 이미지는 응집물을 촬영한 전자주사현미경 이미지를 보여주며 (e)는 응집물에 포함된 나노플라스틱을 보여주는 확대 전자주사현미경 이미지이다. [그림 3] 응집 소재를 활용한 나노플라스틱 제거 성능 (a)는 가시광 조사 환경에서 시간에 따라 나노플라스틱과 응집소재가 응집되어 서로 뭉치는 과정을 촬영한 스냅숏 이미지를 나타낸다. (b) 처리 시간에 따라 응집물의 크기가 증가되어 25분이 지나면 응집물의 크기가 최대가 되며 제거 반응이 종료되는 것을 나타내는 그래프이다. (c) 폴리알루미늄클로라이드(PAC)라는 상용 수용성 알루미늄 기반 응집제와 본 연구의 고형 응집 소재를 활용해 형성된 응집물이 형성된 후 교반 속도에 따른 용액의 탁도를 나타내는 그래프이다. 교반 속도가 증가하면서 생기는 흐름에 의해 응집물이 부서지면 탁도가 높아지게 되는데, 본 연구에서 소개된 소재(FeHCF nanobot)이 형성한 응집물이 상용 응집 소재(PAC)보다 약 2배 가량 높은 교반 속도에서 부서져 높은 물리적인 안정성을 나타낸다. 이러한 안정성은 응집물을 회수하기 용이하게 한다. (d) 나노플라스틱의 농도가 증가함에 따라 소재의 나노플라스틱 제거량이 높아지는 것을 나타내는 그래프이다. (e) 처리시간이 20분 정도 지나면 소재가 반응 평형에 도달해 빠르게 효율적으로 나노플라스틱을 응집할 수 있는 능력을 보여준다. (f) 기존에 개발된 응집 및 흡착소재와 나노플라스틱의 최대 제거 성능과 속도를 비교한 그래프를 나타낸다. 이전 연구들의 결과에서 도출된 수치를 큰 차이로 상회하는 결과를 보여준다. [그림 4] 응집 소재의 실제 자연수로 적용 가능성 평가 (a) 용액의 pH가 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능에 미치는 영향을 보여주는 그래프. 자연수와 유사한 중성 영역의 pH에서 나노플라스틱 제거 성능이 뛰어났다. (b) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 양이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. 또한, (c) 자연수에 가장 높은 농도로 존재하는 4가지 음이온이 공존하는 조건에서의 나노플라스틱 제거 성능을 증류수에서의 나노플라스틱 제거 성능과 비교한 그래프를 나타낸다. (d) 잘 배열된 응집 소재의 결정 격자가 (e) 양이온이 공존하는 조건에서 내부 침투에 의한 격자 간격이 늘어나고(intercalation) 이에 따라 불안정한 상태가 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. (f) 음이온들이 결정 외부에 흡착되며 불안정한 상태가 되어 미세플라스틱과의 반응을 촉진했다. 하지만, (g) 공존하는 유기물은 미세플라스틱에 대한 응집 효율을 저하시켰다. (h) 나노플라스틱의 초기농도가 20 mg/L 미만인 경우에 99.9%의 제거 효율을 보여준다. (i) 적정 가시광의 세기가 조사되는 환경에서 응집 소재의 나노플라스틱 제거 성능이 가장 높았다. ○ 논문명: Visible-light-induced Self-propelled Nanobots Against Nanoplastics ○ 학술지: Water Research ○ 게재일: 2023.10.1. ○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120543 ○ 논문저자 - 정영균 박사 후 연구원 (제1저자/KIST 물자원순환연구단) - 정경원 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단) - 최재우 책임연구원 (교신저자/KIST 물자원순환연구단)

- 졸업기업의 100억 원 이상 Series B 투자유치 및 해외 진출 등 성과 본격화 - 창업팀별 기업진단을 통한 맞춤형 교육 제공 홍릉강소특구사업단 및 기술핵심기관 KIST, 경희대, 고려대가 주관하는 오디션형 창업지원 프로그램인 GRaND-K 창업학교(이하 창업학교, 학교장 정기택 경희대 교수)가 올해 6월 공통교육으로 시작됐다. 올해 3기를 맞이하는 창업학교는 출연(연)과 대학이 중심이 된 딥테크(Deep Tech) 기술창업 및 발굴 전문프로그램이다. 작년 2기 창업학교는 63개 팀의 우수 기술에 대해 126억 원의 투자를 유치했고, 전국 특구 통합IR에서 대상(과기부 장관상)과 최우수상을 받는 등 성공적인 성과를 거뒀다. 특히, 작년 졸업기업 중 올해 100억 원 이상의 시리즈B 투자를 받는 기업들이 속속 등장하면서 창업학교 출신 기업의 우수함을 보여주고 있다. 올해는 예비창업과 초기창업 두 가지 트랙별 창업팀에게 기업진단을 시작으로 맞춤형 교육 및 멘토링을 지원했다. 또한, 우수한 창업팀의 후속 투자 연계 등을 위해 6개의 투자기관이 합류해 총 29개의 투자기관이 창업학교의 우수한 창업팀을 위해 멘토링과 투자유치를 지원하고 있다. 올해 3기 창업학교는 작년에 비해 더 많은 팀이 지원했다. 서류접수에 지원한 112개 팀 중 서면 평가를 통해 68개 팀이 1차로 선정됐으며 교육 시작에 앞서 기업진단을 통해 팀별 애로사항을 사전에 파악했다. 이후 각 분야 창업 성공 사례 및 법률, 투자 등 기업가로서 가져야 할 역량에 대한 6주 과정의 공통 창업 교육을 거쳤으며 투자기관과 1:1 매칭해 멘토링을 제공했다. 특히, 올해는 예비창업팀을 대상으로 BM(Business Model) 고도화 교육을 통해 사업 아이템의 고도화 및 IR진행 역량을 강화했다. 멘토링 과정을 마친 후 서울 성북구 KIST 본원에서 10월 10일(화) 열린 창업경진대회 결선 심사에서는 예비창업과 초기창업 부문별로 대상과 최우수상 등을 수여했다. 이번 창업경진대회는 총 47개 팀이 참가해 예비창업 19개 팀과 초기창업 28개 팀으로 나누어 예선을 진행했으며, 홍릉투자기관협의회 대표들의 평가를 통해 부문별로 10개의 팀이 결선에 진출했다. 예비창업 트랙 대상을 받은 트루픽셀은 저가의 고해상도 라이다 센서를 사업화하고자 하는 KIST 예비창업 기업이다. 단광자까지 검출이 가능한 고성능 단광자 검출 센서에 대한 원천기술을 기반으로 국내 반도체기업들과 협력해 우리나라가 차세대 라이다 센서 시장 선도를 목표로 하고 있다. 예비창업 트랙 최우수상을 받은 ㈜Sialbio는 고려대학교 안암병원 임상교수가 창업한 희귀난치성 쉐그렌 증후군 환자 구강건조증 치료 신약 전문 스타트업으로 현재 범부처 재생의료사업단 과제를 수행하고 있다. 현재 복합 세포 치료제에 대한 유효성 검증 후 임상시험계획을 승인신청 중이며, 2024년 12월까지 상업용 임상시험계획을 신청해 2025년 상반기에 승인받는 것을 목표로 하고 있다. 예비창업 트랙 우수상은 신경퇴행성질환의 진단 및 관리 기업인 솔루션, AI를 활용한 고품질 웹툰 제작 사업의 리얼드로우가 수상했다. 예비창업 트랙 장려상은 AI 기반 오디오북 서비스를 제공하는 오드북스, B2B 영업 및 구매 매칭 서비스의 풀릭스, 6PL(Party Logistics) AI 통합 물류 플랫폼의 HiLogis가 수상했다. 초기창업 트랙 대상을 받은 주식회사 어스폼은 지속가능한 세상을 위해 버섯균사체와 농어업부산물을 활용한 생분해 포장, 완충재를 제조하고 있는 기업이다. 어스폼은 통상적인 토양 상태에서 50일 이내에 분해되며 자연분해 시 유해 물질이 발생하지 않는 장점을 가지고 있는 제품이다. 고사목 톱밥, 굴 껍데기, 감자 껍질 등 폐기가 어려운 물질을 간단한 파쇄와 살균 과정만으로 원료로 만들 수 있어 자원 선순환 시스템 구축이 가능하다. 최근 4종류의 제품 양산을 진행했으며 올 하반기부터 시장에서 어스폼의 균사체 기반 포장, 완충재 제품을 출시할 예정이다. 초기창업 트랙 최우수상을 받은 주식회사 뷰전은 스마트 윈도우 전문가들로 구성된 PDLC 스마트 윈도우 전문 스타트업으로서 창업 1년 만에 텍사스, 나고야, 호치민 지역에 지사를 설립하며 글로벌 사업을 진행하고 있다. 올해 6월 프랑스 파리에서 개최된 VIVA테크 전시회에서 참여했으며 유럽 현지 투자 및 공장 설립을 통해 유럽 내 차량, 건설 부분에 스마트 윈도우 적용을 추진하고 있다. 초기창업 우수상은 AI 기반 소프트웨어가 내장된 빔프로젝터 터치 시스템의 주식회사 에이치디엠, 양자통신용 장비 및 네트워크 운영 소프트웨어를 개발하는 주식회사 큐심플러스가 수상했다. 초기창업 장려상은 피부질환 치료용 바이오 소재를 연구하는 위튼컴퍼니, 난치성 근육 및 노화 관련 치료제를 개발하는 마이오펫 주식회사, 건설기계 장치에 적용되는 자동 오일 연결 링크를 개발하는 주식회사 기린이 수상했다. 정기택 GRaND-K 창업학교장은 “어느덧 3주년을 맞이하는 창업학교는 이제 명실상부 혁신기술창업의 중심이 됐다”며, “딥테크 기술을 기반으로 한 우수창업팀을 적극 발굴하고 지원함으로써 홍릉이 글로벌 클러스터로 자리매김할 수 있는 선순환 체계를 구축하겠다”라고 밝혔다.

안녕하세요! 가족 중 한명이 망막박리수술을 받고 시력저하 후유증을 앓는 중에(일상생활에 약간 불편한 정도), 매일매일 망막관련 기사를 모니터링하다가 문의드립니다 :) https://www.kist.re.kr/ko/news/latest-research-results.do?mode=view&articleNo=9405&article.offset=0&articleLimit=10 해당 기술이 민간인에게 적용 또는 테스트될 수 있을지, 적극참여하고 싶어 글을 남깁니다. 정말 대단한 일을 만들어나가는 과기연분들께 존경을 표합니다. 답변 부탁드립니다!

먼저, 우리 기관의 학점인정형현장실습생에 대해 관심을 가져 주셔서 감사합니다. 문의하신 내용은 학부생이 대상이며, 학점인정형현장실습의 경우 재학 중에 가능한 프로그램입니다. 간혹 학교 별로 휴학생도 가능한 학교가 있으니 자세한 내용은 학교를 통해 궁금증을 해소 해 주시기 바랍니다. 신청도 학교에서 접수 받고 있습니다.

이웅 KIST 청정에너지연구센터 책임연구원 [과학 라운지] 이산화탄소 포집, 원료로 바꾸는 CCU 기술이 가장 우선적인 목표 지구가 탄생한 이래 가장 큰 사건 중 하나로 약 2억5200만 년 전의 페름기 대멸종이 있었는데, 당시 해양 생물 96%와 육상 척추동물 70%가 멸종했다. 대멸종의 원인은 바로 ‘이산화탄소’였다. 대규모 화산 활동으로 대기 중에 이산화탄소가 대량 방출되면서 지구 평균온도가 6도 가까이 상승했고, 해양에 녹아 들어간 이산화탄소로 바다가 산성화돼 많은 생물종을 사라지게 한 것으로 추정된다. ‘인류세 멸종’으로 불리는 6차 대멸종이 얼마 남지 않았다는 목소리가 높다. ‘인류세(인간세, Anthropocene)’는 노벨 화학상을 수상한 파울 크뤼천이 2000년대 초 처음 제안한 개념으로, 오늘날 인류 문명의 발전으로 지구 환경의 극적인 변화를 나타내는 지질시대의 구분을 뜻한다. 최근 이산화탄소 배출과 인류세 멸종을 연관 짓는 연구가 점차 늘어나고 있는데, 인간이 자연을 압도하고 기후 환경에 지배적인 영향을 미치고 있다는 것이 핵심이다. 파리협정으로 촉발된 탄소중립, 탄소저감 관련 정책들을 살펴보면 결국 지구온난화의 원인인 ‘이산화탄소’를 어떻게 잡을 것인가가 문제 해결의 관건이라는 결론에 다다른다. 인류의 동력을 당장 친환경 에너지로 100% 바꾸는 것은 불가능하다. 석탄, 석유를 사용하되 연소 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 재활용하는 것이 우선적인 목표다. 이산화탄소 포집 및 활용(CCU) 기술은 대기 중 또는 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포집한 후, 메탄올과 같은 유용한 자원으로 전환해 산업 원료로 사용하는 친환경 기술이다. 한국은 2030년을 목표로 탄소중립 기본계획을 수립했다. 제철소, 화력발전소 등에 이산화탄소 포집 장치를 설치해 탄소를 분리하고 모아두는 설비를 이미 갖추고 있다. 하지만 현재 CCU 기술 수준에서 단시간 내에 대기 중 이산화탄소 농도를 적정 수준으로 저하시키는 것을 기대하기는 어렵다. 하루에 포집할 수 있는 최대 탄소량은 200톤 정도에 불과해 선진국 수준인 5000톤 이상으로 포집량을 늘리려면 대규모 실증 시설 확대가 필수적이다. CCU 기술은 새로운 세상을 열 수 있다. 미국과 스위스에서 개발해 시범운영 중인 직접탄소포집(DAC) 기술은 공기 중에 떠다니는 이산화탄소를 직접 포집해 유용한 화합물을 생산한다. 일상생활에서 활용할 수 있는 수준에 이르게 된다면 모든 가정에서 대기 중 이산화탄소를 이용해 필요한 만큼의 유용한 화합물을 생산할 수 있게 된다. 우리에게 남은 시간이 얼마 없다는 것을 잊지 말고 기술 개발과 투자가 진행돼야 한다. 출처 : 조선경제(링크)

안녕하세요, KIST에서 주관하는 학점인정형 장기 현장실습 관련하여 궁금한 점이 생겨서 이렇게 여쭈어봅니다. 장기 현장실습의 경우 학기 중에 진행하는 것으로 알고 있는데, 혹시 꼭 휴학해야 진행할 수 있는 것일까요? 휴학이 아닌 재학 중에도 가능한 것인지 여쭤보고자 문의글 남깁니다. 감사합니다

[‘푸른하늘의 날’ 기념 인터뷰] 김진영 기후·환경연구소장 출연연 유일 지구환경변화 대응 R&D 수행 다양해지는 지구환경변화 요인 “연구 통해 안전사회 만들 것” 9월 7일은 '푸른 하늘의 날'이다. 우리나라가 주도해 채택한 최초의 유엔 기념일이자 국가 기념일이다. 2019년 뉴욕에서 열린 기후행동정상회의에서 처음 제안된 '푸른 하늘의 날'은 대기환경과 기후변화에 대한 국민의 이해와 대기오염 저감활동에 대한 범국가적 참여를 유도하기 위해 지정됐다. 전 세계가 맑은 공기를 실천하기 위한 다양한 이벤트를 진행한다. 깨끗한 지구환경은 과학기술계가 주요하게 다루는 과제 중 하나다. 전 세계에서 미세먼지와 온실가스 저감, 기후변화 대응을 위한 다양한 연구가 이뤄지고 있다. KIST의 기후·환경연구소도 미래기후와 환경변화로 인한 재난과 재해에 선제적으로 대응하는 연구를 추진하고 있다. 푸른 하늘의 날을 맞아 기후·환경연구소를 이끄는 김진영 소장을 만났다. 그는 "폭염, 홍수, 허리케인 등 기상이변 현상이 과거보다 증가하고 있다. 기후환경이라는 크고 넓은 범위에서 과학기술계가 해야 할 연구가 많다"며 "우리는 청정대기 및 수자원 확보를 위한 연구뿐 아니라 R&D 기획 등 정책분야에서도 전문성을 갖고 있다. 에너지가 아닌 관점에서 기후·환경에 특화된 R&D를 수행하는 유일한 출연연으로서 기후변화로 인한 재난, 재해 및 피해를 최소화하는 연구를 통해 안전하고 지속가능한 사회를 구현할 것"이라고 말했다. Q. 기후·환경연구소에 대해 설명을 부탁드립니다. A. 기후·환경연구소는 기후 및 환경변화 연구에 대한 필요성에 의해 2021년 7월 발족했습니다. 기존 환경연구를 하던 팀 중심으로 만들어졌는데요, 현재 ▲물자원순환연구단 ▲지속가능환경연구단 ▲청정대기센터가 소속되어 있습니다. Q. 각 연구단 역할이 궁금합니다 A. '물자원순환연구단'은 1970년 도시계획연구실을 모태로 설치돼 KIST 내에서도 오랜 R&D 노하우가 축적된 연구단입니다. 깨끗한 물과 수처리 관점에서 연구를 시작해 현재 가뭄이나 홍수, 물자원을 확보하기 위한 연구로 진화했습니다. 미세플라스틱과 같은 신종 오염물질 대응부터 가뭄으로 인한 물 부족 사태해결 등 물과 자원을 포함한 환경 전반에 관련된 문제들을 양적인 측면과 질적인 측면에서 접근하여 해결책을 제시할 수 있는 연구를 진행 중입니다. '지속가능환경연구단'은 안전한 생활환경 실현을 위한 국가적 도전과제를 수행합니다. 기후·환경연구소의 대표적인 과제로 기후변화에 대응하기 위한 인공강수 프로젝트를 시작했습니다. 이와 더불어 기후과학 연구로 분야를 확장하고 있는데, 극한기후, 탄소순환, AI를 활용한 기후모델링 등 전문가들이 협력해 기후·환경 문제 해결책을 제시하고 있습니다. '청정대기센터'는 미세먼지 등 대기환경 원인을 규명하고 문제해결을 위한 연구 및 R&D 정책 컨트롤타워 역할을 합니다. KIST에서 유일하게 연구파트와 정책파트가 공존하는 조직입니다. 또 하나 특이한 점은 센터의 연구 과제를 다른 연구소 및 대학들과 함께 수행한다는 점입니다. Q. KIST의 출연금을 외부에 오픈했다는 건가요? 쉽지 않은 결정이었을 텐데요. A. 미세먼지는 한 기관이 해결하기 어렵습니다. 다른 연구소와 힘을 합쳐 대응하기 위해 KIST 경영진들이 자체 출연금으로 과제를 만들어 연구비 절반가량을 외부에 개방했습니다. 현재 15개 기관과 함께 대기과학, 배출저감원천, 생활보호원천, 위해성기초 4대 분야 기초원천 연구를 수행 중입니다. 미세먼지는 국제협력도 중요해 중국 및 일본 등과 대기측정 등을 협력하고 있습니다. 위해성기초 분야에서는 여러 출연연들이 협력하여 미세먼지가 뇌를 포함한 다양한 인체 장기에 미치는 영향을 추적‧진단하는 연구를 수행하고 있습니다. Q. '푸른 하늘의 날'하면 미세먼지 없는 하늘이 가장 먼저 떠오릅니다. 미세먼지와 관련된 연구소 성과를 소개해주신다면요. A. KIST에서는 미세먼지의 발생 원인부터 인체 영향까지 다양한 성과를 발표했습니다. 미세먼지에 노출된 뇌 분석을 통해 운동능력 감소 및 불안감과 뇌염증 반응 증가 등을 확인했고, 중국에서 유입된 미세먼지가 국내 배출된 물질과 상호작용해 국내 초미세먼지 농도를 더욱 증가시키는 과정을 규명하기도 했습니다. 미세먼지 저감을 위한 다양한 성과도 냈는데요, 선박과 자동차 엔진 등에서 나오는 질소산화물이 2차적으로 미세먼지를 생성한다고 알려진 만큼 질소산화물을 저온에서 잡아내는 친환경 촉매를 개발해 두산엔진 등에 기술이전했습니다. Q. 미세먼지 연구도 시간이 지날수록 방향성이 달라지나요. A. 최근 넷제로, 탄소중립의 중요성이 커지면서 다양한 관점의 연구가 필요해졌습니다. 예를 들어 전기차가 미세먼지를 발생시키지 않는다 기대하지만, 배터리 무게에 의해 차체가 더 무겁다보니 브레이크나 타이어 마모 등에 의한 비배기 미세먼지는 상대적으로 더 많이 발생합니다. 뿐만 아니라 미래 청정에너지로 꼽히는 암모니아는 미세먼지를 생성하는 전구물질인 만큼 미연소 암모니아나 누출에 대비해야 하고, 연소과정에서 발생하는 질소산화물 저감 등을 위한 고민과 정책이 필요합니다. 최근 과학기술정보통신부에서 넷제로시대 대응을 위한 미세먼지저감 연구를 시작하는 이유이기도 하며, 앞으로 이러한 문제를 선제적으로 대응하기 위한 관련 연구가 더 활발히 진행되어야 할 것으로 생각합니다. Q. KIST에서 오래해 온 미세먼지 외에 기후·환경연구소 성과는 무엇이라 생각하시나요. A. 기후·환경연구소가 생긴 첫 해에는 정상급의 아주 탁월한 성과는 별로 없었는데요. 올해에는 이달의 KIST인상을 벌써 두 번이나 받았습니다. 3월 이달의 KIST인상 수상자인 변지혜 박사는 산업 100대 물질인 과산화수소를 태양에너지를 이용해 친환경적으로 생산하는 기술을 개발하였고, 8월 이달의 KIST인상 수상자인 최재우, 정경원 박사는 폐기물로부터 귀금속 회수율을 획기적으로 높이는 기술을 개발하여 기술이전을 했습니다. 그 외에도 수열과 태양에너지를 이용한 물 부족 문제 대비, 미세플라스틱 연구 등 다양한 수월성 성과를 도출하고 있습니다. 앞으로 연구자간 더욱 활발한 협력 등을 통해, 기후변화에 대응할 수 있는 혁신적인 성과들이 더 많이 나올 것으로 기대합니다. Q. 기후·환경연구소에서 내세운 목표 중 하나가 구름챔버 구축입니다. 구름챔버에 대해 설명해주신다면요. A. 미래 기후변화와 지구환경변화에 대응하기 위해 구름챔버를 구축 중입니다. KIST 구름챔버는 목적에 따라 팽창식 또는 대류식으로 구름을 생성할 수 있는 세계 유일의 이중방식이며, 이를 활용하면 인공강수나 강수와 미세먼지의 상관성 등 다양한 과학적 연구가 가능합니다. 특히 인공강수를 위해 필요한 것이 구름을 만드는 씨인 응결핵인데요, 응결핵 개발은 소재연구자들과 함께 연구를 진행하고 있습니다. 이처럼 구름씨 물질을 개발하고 구름챔버를 통해 성능을 검증하는 전체 과정을 아우르는 기술 개발은 KIST가 전 세계 중 유일합니다. 이는 KIST에 소재와 계산과학 등 다양한 연구자들이 모여 있어 가능하며, 향후 기후·환경을 연구하는 연구자들과 더 폭넓은 시너지를 낼 수 있을 것으로 기대합니다. 챔버는 현재 설계를 진행하면서 구름 측정에 필요한 장비를 들여오는 중이고요, 향후 챔버가 완성되면 소재팀에서 개발한 응결핵을 활용해 구름이 생성되는 과정을 챔버로 모사할 수 있고, 드론 등을 활용한 야외 실험과 연계하면 실용적이고 수월성 있는 성과를 만들어낼 수 있을 것으로 보입니다. Q. 앞으로 기후·환경연구소가 어떤 조직이 되길 바라시나요. A. 저희가 신생 조직이다 보니 다른 연구소/본부에 비해 아직 인력규모가 작습니다. 이에 따른 어려움도 있지만 개개인의 역량을 발휘할 기회가 많이 주어지고 무언가 해보려는 의지가 강한 연구자들이 많아, 이런 노력들이 모이면 수년 내 우리가 목표로 했던 일들을 차근차근 이루어나갈 수 있지 않을까 기대합니다. 기후·환경연구소가 출범한지 불과 2년 정도밖에 안되었지만, 기후변화, 그리고 우리의 안전한 삶에 대한 무거운 책임감을 가지고 있습니다. 이상기후 등 다양한 이슈에 대해 함께 도전하고 더 나은 지구환경을 만드는데 일조하는 조직이 되도록 최선을 다하겠습니다.

이민아 박사, 출산휴가 후 복귀 연이어 성과 발표 마그네슘 배터리 효율적 충방전부터 열폭주 억제 新 전해액까지 "이르면 3~5년내 실용화, 연구로 지속가능한 사회 기여" KIST는 정부출연연구소 유일 마그네슘을 소재로 이차전지를 연구개발한다. 마그네슘 이차전지는 저비용 고용량 등 장점이 크지만 상용화에 어려움이 많아 차세대도 아닌 '차차세대' 전지로 불리고 있다. 연구현장에서 도전적인 과제로 불리는 마그네슘 이차전지에 매진하는 과학자가 있다. 미래연구부터 실용화연구까지 넓은 분야에서 활약하는 KIST 에너지저장연구센터의 이민아 박사다. 차세대 배터리를 위한 기능성 유기소재를 연구개발하는 이 박사는 지난 2019년 글로벌 학술출판사인 미국 와일리 출판사가 선정한 '와일리 젊은 연구자상'을 수상하는 등 왕성한 연구 활동으로 주목받는다. 올해 출산휴가를 마치고 돌아온 후에도 지난 5월과 7월 연이어 차세대 배터리 연구성과를 발표하며 인정받고 있다. 차세대 배터리연구를 통해 그가 꿈꾸는 세상은 지속 가능한 세상이다. 지난 8월 그의 사무실에서 연구에 대한 자세한 이야기를 들었다. 이미 상용화된 분야 이차전지, 더 매력적이죠 과학기술계가 이미 상용화된 이차전지에 관심 갖는 이유는 소재 수요와도 연관이 있다. 그는 "최근 전기자동차와 에너지 저장장치(ESS)성장으로 리튬이온전지의 수요가 늘고 있지만 핵심 원자재인 리튬과 코발트 등 핵심광물이 남미/호주/아프리카 등 일부 지역에 매장돼 있어 수급문제가 우려된다"며 "반면 마그네슘은 지각에 풍부하게 매장돼있으면서, 이온 하나에 전자를 하나 밖에 저장 못하는 리튬, 소듐과 달리 전자 2개를 저장할 수 있어 높은 에너지밀도를 기대할 수 있다"고 설명했다. 하지만 걸림돌도 있다. 기존 전해질과의 반응성으로 인해 마그네슘 금속의 효율적인 충방전이 어렵다는 점이다. 이 박사에 따르면 음극인 마그네슘 금속은 일반적인 전해질에서는 쉽게 표면이 망가져 효율적인 충방전 반응 유도가 까다롭고 이를 해결하고자 기존에는 할로겐 원소가 과량 함유된 부식성이 높은 전해질을 활용해 왔다. 이에 따라 양극과 전지 부품들의 활용이 제한되어 있었던 것이 단점이다. 부식성이 높으면 충전 가능 전압이 제한되어 고에너지 전지를 얻기 어렵다. 이에 이 박사팀은 전지 조립 전에 음극으로 활용할 마그네슘 금속을 반응성 알킬 할라이드 용액에 담그는 간단한 공정으로 마그네슘 표면에 인공보호막을 형성시켰다. 이때 반응면적이 넓은 나노 구조가 함께 형성되어 부식성을 없애고 대량생산이 가능한 일반적인 전해질에서도 마그네슘의 효율적인 충방전이 가능하게 했다. 이 박사는 "개발된 기술로 활성화 된 마그네슘 금속은 초기 사이클부터 과전압이 0.2V 미만이며 99.5% 이상의 효율을 나타냈다"며 "고에너지밀도 마그네슘 이차전지 상용화 가능성을 높인 것"이라고 말했다. 연구를 발표하기까지 어려움도 컸다. 알킬 할라이드 용액과 마그네슘 반응은 그리냐르 반응이라고 알려진 유기화학 분야에서 가장 중요한 반응 중 하나이지만, 기존 학계에서는 용해성 복합화합물을 생산하는데 집중하여 이번 연구 결과에서 제시한 인공 보호막과 같은 고상의 생성물에 대한 연구가 거의 없어 증명과정에 난항을 겪었다. 이 박사는 "기존에 보고된 바 없던 새로운 소재이다 보니 생성된 보호막의 조성과 두께 등에 대한 분석과 반응 매커니즘을 제시하는 것이 까다로웠다. 다행히 포항가속기 내 KIST 빔라인을 활용해 증명해내 좋은 결과를 얻을 수 있었다"고 말했다. 마그네슘 이차전지는 차차세대 배터리인만큼 갈 길이 멀다. 이번 연구를 기반으로 이 박사는 "마그네슘 이차전지로 사용할 수 있는 음극과 전해질이 생겼으니 여기에 맞는 양극을 구현하고 높은 에너지밀도와 긴 수명을 갖는 풀셀 설계가 다음과제가 될 것"이라고 말했다. (좌)KIST 이민아 박사 연구팀의 연구원들이 화학적 활성화 공정으로 고효율의 충-방전이 가능한 마그네슘 음극을 살펴보고 있다. (우)고효율의 마그네슘 이차전지를 위한 마그네슘 금속 화학적 활성화 공정을 개발한 KIST 이민아 박사 연구팀((좌) 전승윤 학생연구원, (가운데) 이민아 박사, (우) 전아리 학생연구원) 화재와 열 폭주 억제, 새로운 전해액 개발···3~5년 내 상용화 기대 "전지의 안전성을 입증하기 위해 전지를 못으로 찌르고 폭파시키는 테스트를 수행했습니다. 저희가 새롭게 개발한 고인화점 전해질을 적용한 전지는 동일한 관통 시험 조건에서 폭파되지 않고 고요하게 유지되었어요. 함께 실험한 학생들과 몇 번이고 영상을 돌려본 기억이 나네요." 이 박사는 마그네슘 이차전지연구와 함께 상용화에 가까운 연구성과도 냈다. 지난 7월 발표한 리튬이온전지의 화재와 열 폭주를 억제할 수 있는 새로운 고인화점 유기카보네이트 전해액 개발이다. 이번 연구는 생산기술연구원 백자연 박사와 KAIST 서동화 교수와 함께했다. 이 박사에 따르면 전해질은 전지의 안전성, 수명, 출력, 가역용량 등 많은 것을 결정하는 리튬이온의 이동통로다. 오랜 연구개발로 유기카보네이트 전해질이 상용화돼있지만 이 전해질을 구성하는 선형 유기카보네이트가 상온에서도 쉽게 불붙을 수 있어 전지의 발화 원인으로 꼽힌다. (좌) 리튬 금속 음극, (가운데) 왼쪽 리튬 금속 음극과 동일한 용량이지만 크기가 작은 마그네슘 음극, (우) 화학적 활성화 용액에 담겨져 있는 마그네슘 음극 (좌)화학적 활성화 전 후 마그네슘 금속의 충방전 반응 비교, (우)활성화 된 마그네슘 금속의 충방전 성능 연구팀은 선형 유기카보네이트의 분자구조를 제어해 상온에서 점화원에 노출되어도 불이 붙지 않는 새로운 전해질을 개발했다. 또한 개발된 전해액은 충전된 양극과 함께 230도 이상의 고온에 노출되는 상황에서도 상용 전해액대비 가연성 기체 발생이 37%, 자체발열이 62% 줄었다. 그 결과 실제 4Ah급 리튬이온전지 관통시험에서 신규 전해질을 사용할 경우 화재와 열 폭주가 발생하지 않았다. 그는 "연구개발 초기부터 경제성, 환경성, 대량생산 가능성, 기존 전극/부품과의 호환성 등 상용화에 필수적인 조건들을 복합적으로 고려했다. 기존 리튬이온전전지 제조 인프라에 즉각 적용이 가능한 기술"이라며 "셀 제조 기업과의 협업을 통해 고안전 리튬이온전지 상용화 가능성을 타진 중"이라고 설명했다. 다만 그는 "이번 연구는 128도 이하에서 불이 붙지 않고 고온노출환경에서 발열이나 가스발생이 상당부분 억제된 것을 확인 한 것으로 우리 연구가 이차전지의 발화나 폭발을 원천 차단한다는 것은 아니다"라고 덧붙였다. 그는 "화재 발생 빈도를 낮추고 화재 전파와 열폭주를 지연하여 화재 진압시간을 버는데 우리 연구가 도움이 되길 바란다"고 강조했다. 친환경 에너지 꿈꾸던 과학꿈나무 "연구로 지속가능한 사회 기여" 친환경에너지를 효율적으로 저장하고 활용하기 위한 이차전지 수요는 점점 늘 것으로 보인다. 그만큼 안전을 확보하는 것도 매우 중요하다. 하지만 이 박사는 "안전한 배터리는 연구개발만으로는 100% 담보하기 어렵다"고 주장했다. 배터리 노후화 상태를 빠르고 정확하게 판단할 수 있는 측정기술 개발이 함께 이뤄져야한다는 설명이다. 그는 "전기자동차의 경우 사용자의 운전습관에 따라 배터리 안전도 좌지우지된다. 크고 작은 사고, 전지 과충전, 고온노출 등 고려해야할 부분이 많다"며 "중대형 이차전지는 시장에 나온지 얼마 되지 않아 이제 막 빅데이터가 쌓이고 있다. 이를 기반으로 소비자들에게 배터리의 상태를 정확히 판단할 수 있는 기준을 제시해주는 것도 중요하다"고 강조했다. 이 박사는 친환경에너지에 관심을 가지며 배터리연구를 시작한 만큼 폐배터리에 대한 관심도 높다. 그는 "전지사용이 늘어나면서 향후 5~10년 후 폐전지가 쏟아져 나올 것으로 예상되나 아직까지 폐전지 재활용 기술은 경제성과 에너지효율이 떨어진다"면서 "이차전지에는 우리나라에 없는 리튬과 코발트 등 유가금속이 포함돼있는 만큼 이를 자원화할 연구가 필요하다. 우리팀은 양극을 분해시키지 않고 그대로 재사용할 수 있는 양극 직접재생 기술을 개발하고 있다. 앞으로도 다양한 연구로 지속가능한 사회를 만드는데 보탬이 되고 싶다"고 말했다.