‘수소’를 일상으로 초대하는 연구
효율적인 수소생산과 실생활 적용까지
배기가스, 이산화탄소 저감 등 우리에게 와닿는 환경문제 연구
환경과 에너지는 인류의 생사를 가를 수 있는 중요한 문제다. 탄소 중립을 지키면서 어떻게 에너지 자립을 이룰 수 있을까는 선진국들의 최대 난제가 된 지 오래다. 이는 화석연료와 어떻게 이별할 수 있는지를 고민하며 전기차 시대로의 급변화를 이끌었고, 이제 세계는 수소 경제로의 전환을 준비하고 있다.
차세대 에너지원으로서의 ‘수소’와 만나다
수소(H), 인간이 현재까지 발견한 원소 중 우주에서 가장 풍부하며, 한자로는 水素로 ‘물(H₂O)의 근원’이라는 의미다. 수소는 우주에서만 풍부하지 지구에서는 물이라는 화합물 형태로 존재하고 대기에서 구하기가 힘들다. 이런 수소가 친환경 차세대 에너지원으로 떠오르면서, 물에서 수소를 어떻게 분리하고, 이 분리해낸 수소를 어떻게 보관해서 에너지원으로 쓸 수 있을지가 연구자들의 최대 관심사가 됐다. 현재의 에너지 패러다임을 수소 중심으로 바꾸기 위한 많은 노력이 이어지고 있고, 전유권 교수 또한, 이러한 흐름에서 자신의 연구로 힘을 보태고 있다. 그의 수소에 대한 고민은 학부 때부터 시작됐다. “우연히 수소 관련 실험을 접하면서, 부존자원이 부족한 우리나라에 딱 맞는 친환경 에너지원으로 대한민국 산업을 주도하겠다는 확신이 들었습니다” 이에 그는 본격적으로 수소연구에 뛰어들었고, 환경과 에너지 분야 다양한 스펙트럼을 가진 연구그룹을 거치며 수소에너지 생산과 연료전지 촉매 소재 및 시스템 개발 관련 전공을 쌓았다. “영국에 있는 세인트앤드류스 대학 존 어바인 교수님 연구실에서 페로브스카이트 소재에 대한 전문성을 쌓을 수 있었고, 이를 통해 기존 환경 및 에너지 촉매에서 전기화학 전극 소재까지, 제 연구의 중요한 수단으로 삼을 수 있었습니다” 이런 성과로 그는 2019년 9월 연세대 환경에너지공학과에 임용되며 환경과 에너지 분야 연구와 인력양성에 매진하고 있다. 연세대 환경에너지공학과는 탄소 중립 시대, 환경공학과 친환경에너지공학 연구개발뿐만 아니라 관련 분야를 이끌 인재양성을 담당하고 있으며, 그중 전유권 교수 연구그룹은 수소 경제 시대에 이바지할 수 있는 인재배출에 대한 기대를 더 하고 있다.
GO GREEN! 을 위한 촉매제 역할 하는 연구그룹
전유권 교수는 그린에너지촉매연구실을 꾸리며 가장 큰 컨셉을 환경 또는 에너지 시스템에 활용되는 촉매 소재 개발로 잡았다. 중의적인 의미로, 연구그룹이 환경 및 에너지 연구 분야의 빠르고 긍정적인 발전을 이끄는 촉매제가 됐으면 좋겠다는 바람도 포함됐다고 그는 웃으며 설명했다. “코로나 펜데믹 바로 직전인 2019년 9월에 임용돼서 정신없는 한 학기를 보냈지만 독립연구자로서 제 연구철학을 펼칠 기회가 생긴 것이 굉장히 좋았습니다. 학교가 강원도 원주에 위치해 경치가 너무 좋고, 녹음이 푸르러서, 그린연구를 하는 저의 성향과 맞습니다” 연구그룹은 크게 환경과 에너지 분야로 나눠 연구들이 진행되고 있다. 환경 분야에서는 자동차 배기가스 및 온실가스 저감 연구를 진행하며 두드러진 성과로 주목받고 있다. “세계적인 촉매 회사인 존슨 매티(Johnson Matthey)와의 지속적인 공동연구로 자동차 배기가스 저감에 쓰이는 촉매를 개발해, 최근 ‘Nature Chemistry’에 논문을 게재했습니다” 더불어, 전 교수는 한국연구재단 기초연구실 과제에 참여해 이산화탄소 저감 연구도 진행하고 있다. 그는 공기 중 이산화탄소를 전기화학적으로 포집하는 시스템으로 공기청정기처럼 효율적이고 컴팩트한 장치개발을 목표로 하고 있다. 에너지 분야의 키워드는 그의 주전공인 ‘수소’로 첫째로 수소생산 촉매 및 시스템 연구, 둘째로 연료전지/수전해 소재 및 시스템 연구를 진행하고 있다. “수소는 제가 박사 때부터 해오던 연구라 수소생산 효율을 높일 수 있는 촉매 소재 개발뿐만 아니라 개발한 소재를 적용한 디바이스 생산까지 꿈꾸고 있습니다”라며 그는 “강원지역혁신플랫폼에서 스마트수소에너지사업단 운영위원으로 참여하며 지역 기업과 수소연료전지 관련 시스템 개발을 진행하고 있습니다. 실생활에서 수소가 에너지원으로 쓰일 수 있는 시스템을 개발하는 것이고, 드론이나 골프 카트 더 나아가서는 가정에서 쓰일 수 있는 것까지 생각하고 있습니다”라고 덧붙였다.
수소에너지가 대중적으로 사랑받을 수 있도록 노력
“제가 처음 수소 공부할 때만 해도 아직 멀 것만 같았던 수소자동차가 10여 년 만에 도로 위를 달리고 있어요. 하지만 수소 하면 폭발의 이미지가 떠올라서 수소충전소는 기피시설이 됐고, 수소를 충전하기 위해선 먼 거리를 가야 하죠. 기술의 발전은 빠르지만, 그에 따른 인식의 변화가 필요하고, 수소를 차세대 에너지원으로 정착시키기 위한 인프라 조성과 관련 분야 종사자들의 노력이 필요하다고 생각합니다. 저도 그 책임을 통감하며 저의 역할을 하고자 합니다” 많은 사람이 ‘수소는 내 친구’라는 생각이 들도록 친근감을 가졌으면 하는 게 그의 바람이다. 그래서 그는 더욱더 수소의 부정적인 이미지를 불식시키고자 노력하고 있다. 환경과 에너지 문제가 급부상하면서 그의 연구그룹에도 많은 학생의 문의가 이어진다. “학생들과 수평적인 관계를 유지하려 노력하고, 학생들에게 많은 기회를 주고자 합니다. 아직 졸업한 제자는 없지만, 현재 열심히 연구 중인 학생들이 있어, 이 학생들이 향후 어엿한 연구자로 성장하면 저와 제자 대 교수가 아닌, 연구자 대 연구자로 만나 함께 혁신적인 연구를 할 수 있으리라 생각합니다. 지금 시대는 융합 및 공동 연구가 필요합니다. 이에 네트워크와 소통의 중요성을 강조하며 연구그룹을 운영하고 있습니다”
전유권 교수는 해외 기관들과 공동연구를 활발히 진행하고 있으며 향후 새로운 촉매시스템들을 발표할 계획이라고 말했다. 그는 연구그룹만의 고유 시스템을 개발해 환경, 에너지뿐만 아니라 다양한 분야의 확장성을 갖추고 싶다는 포부를 밝혔다.
[이슈메이커=임성희 기자]
