나노소재 제조기술 개발 연구진, 인류의 미래 선사

미래 대체에너지로 촉광 받는 수소의 시대 앞당겨

최근 국내 연구진이 태양광 소자의 수소 생산 효율을 높일 수 있는 나노소재 제조 기술을 개발해 화제다. 아주대학교 신소재공학과 조인선 교수 연구팀과 연세대 박종혁 교수 연구팀은 지난 9월 14일 광 촉매재인 티타늄 산화물(TiO₂)을 이용해 태양광 소자의 물 분해 수소생산 효율을 최대 이론값 수준으로 끌어올리는 데 성공했다고 밝혔다. 이에 아주대학교 조인선 교수를 만나 자세한 얘기를 들어보았다.

아이디어로 시작된 연구, 새로운 가능성 열다

석탄과 석유, 천연가스 등 기존의 에너지원이 고갈돼 감에 따라 인류는 새로운 에너지원이 필요해졌다. 이에 주목받게 된 대체 에너지원이 수소이다. 수소는 사용 시 이산화탄소 배출이 없어 다른 에너지원으로 전환이 쉽고 저장이 가능하며 장거리 운송이 용이하다. 때문에 타 연료와 비교했을 때 친환경적이며 미래 지향적인 에너지원으로 평가 받고 있다. 조인선 교수는 “수소는 물과 태양광의 에너지, 반도체 기술만 있으면 생산할 수 있습니다. 그러나 태양광 에너지를 수소로 변환시키기 위해서는 생산효율 10%이상의 효율 구현이 필요한데, 지금까지는 1%대의 극히 적은 생산효율을 보여 이를 높이기 위한 방안을 연구했습니다”라고 밝혔다. 조 교수를 비롯한 연구팀이 선택한 방법은 새로운 나노소재 개발이었다. 서울대학교에서 박사과정을 진행한 조 교수는 용액으로부터 나노소재를 만드는 용액공정 연구에 집중했다. 2009년 박사과정을 마치고 스탠퍼드대학교의 기계과로 간 그는 당시 지도교수 연구실에서 기상공정을 이용해 나노소재를 개발하는 것을 알게 되었고, 이 연구에 자신의 용액공정 기술을 결합하는 연구를 지도교수에게 제안했다. 조 교수는 “용액공정은 저온 공정이기 때문에 저렴한 가격으로 대량생산이 가능합니다. 이러한 장점을 이용해 새로운 나노소재개발에 박차를 가했습니다”라고 말했다.  

 
아이디어만 가지고 시작했던 연구는 나노 분야 권위 있는 학술지인 ‘나노테러스’에 논문이 게재됐다. 이번 연구는 새로운 산화 티타늄 나노소재 기술개발을 통해 광촉매, 즉 태양광을 흡수하여 수소를 생산하거나 환경유해물질 분해를 할 수 있는 재료, 효율을 극대화 시키게 된데 의의가 있다. 조 교수는 “이번 나노소재 제조 기술은 청정 수소생산용 핵심 소재 및 환경유해물질 분해 소재, 화장품, 페인트용 광흡수 소재를 제작하는 데 사용가능합니다. 화장품과 페인트 등의 제품에는 바로 적용이 가능하며 청정 태양광 수소생산 기술은 향후 10년 내에 상용화가 가능할 것으로 기대하고 있습니다”라고 전했다. 조 교수는 이번 연구 성과에 만족하지 않고, 저가의 공정기술 개발에도 집중할 계획이다. 그는 “후속 연구를 진행해서 태양광 물 분해 시스템이 활용화 되도록 진행할 예정입니다. 인공광학성 기술의 초기단계가 이루어졌기 때문에 앞으로 연구?개발을 통해 대체에너지로서 수소가 인류의 삶에 도움이 되도록 노력하겠습니다”라고 전했다. 

소재가 중시되는 시대, 그 중심에 선 연구자

조인선 교수가 본격적으로 교수로서 활동한 기간은 2년이 안됐을 정도로 짧지만, 연구 성과는 상당하다. 그가 작성한 논문은 88개 이상이 국제학술논문지에 출판되었고, 국내/국제 특허는 21건이 등록되었다. 조 교수는 “교수로 활동하기 전부터 나노소재에 관심이 많아서 다양한 연구를 진행했습니다. 인류의 삶과 대체에너지 개발에 소재가 중시됨에 따라 연구는 쉬지 않고 진행할 예정입니다”라고 말했다. 그의 말처럼 산업발달에 있어 소재가 중시되고 있다. 소재와 상관없는 기계과에서 조차 소재에 대한 개발과 바이오 개발에 집중하고 있고, 화학공학과나 물리·화학·전자·전기 등 다양한 학과에서도 앞으로 기술 개발에 있어서도 소재가 걸림돌이 될 것이라는 점에 공감하고 있다. 조 교수는 “LG하이맥스 등 반도체 사업과 철강 산업 분야의 모집란에 소재 전공은 반드시 포함되고 있습니다. 때문에 학과에서 제대로 공부를 한다면 최근 청년들에게 문제가 되고 있는 취업에서도 기회가 많이 제공될 수 있습니다. 특히, 최근 대기업에서 전공을 중시함에 따라 학과에서 공부하는 학생들의 비전은 더욱 높아질 것으로 예상됩니다”라고 전했다.

 
다양하고 많은 부분을 학생들에게 지도하여 새로운 아이디어가 창출되도록 돕는 것. 이는 조 교수가 지니고 있는 교육 가치관이다. 그는 “지금도 그렇지만 앞으로도 산업과 기술 분야에서 융합이 중시될 것입니다. 융합을 하기 위해서는 다양한 분야를 아는 것이 중요합니다. 때문에 학생들에게 최대한 다양하고 많은 것을 지도하고 이해시키도록 노력하고 있습니다”라고 설명했다. 학생들 교육 외에도 그는 국내 산업 발달을 위해 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 현재 그는 LG이노텍과 함께 광전자촉매 분야를 연구하며 LED빛을 이용해 세균과 냄새를 제거하는 기술개발에 박차를 가하고 있다.

 
수소가 다음 대체에너지로서 조명 받고 있는 만큼, 수소와 관련한 연구개발을 지속하고 있는 조인선 교수. 그는 마지막으로 수소가 위험한 가스인 만큼, 수소 센서기술을 비롯한 수소관련 기반 기술이 발전돼야 하고, 수소 저장탱크 등의 산업도 발달돼야 하는데 관련 업체가 부족하다는 아쉬움을 전했다. 그는 “수소를 저렴하게 개발하면서 안전하게 보관할 수 있는 기술이 시급합니다. 때문에 정부와 사회에서 많은 관심을 갖고 연구와 인력을 지원해주어 하루 빨리 수소가 대체에너지로서 상업화되었으면 좋겠습니다”라고 말했다. 지식인으로서 인류의 미래를 위해 연구를 쉬지 않고 있는 조인선 교수. 그의 노력이 이번 연구 성과를 넘어 인류의 삶에 어떤 영향을 미칠지 그 귀추가 주목된다. 

김동원 기자 다른기사 보기