[이슈메이커=임성희 기자]
금속과 산화물의 상호작용으로 기존에 없던 새로운 소재 개발
지속 가능한 촉매 반응, 친환경·고부가가치 자원 전환 기술 구현
“폐자원의 화학적 업사이클링 연구로 사회에 이바지하고 싶어”
“케미(Chemistry, 화학)”는 시너지 효과를 뜻하는 신조어로 사용된다. 케미가 가진 힘은 대단하며, 어떤 조화를 이루느냐에 따라 인간 삶의 질이 달라지기도 한다. 탄소중립 시대를 맞아, 그 역할은 더 커졌다. 지구에서 지속 가능한 삶을 위해 어떤 새로운 가능성을 발견하느냐가 중요한 시대가 됐다. 이시원 국립한밭대 교수는 금속과 산화물 소재의 상호작용이 만들어내는 다양한 가능성 중에서, 메테인의 화학적 전환이나 플라스틱 업사이클링에 활용할 수 있는 새로운 케미를 탐구하고 있다. 그는 누구나 공감할 수 있는 연구를 하고 싶다며 소소하지만 위대한 시작을 알리는 자신의 연구를 소개했다.
“케미로 나타나는 다양한 현상 과학적, 심층적 탐구”
2023년 3월 국립한밭대에 부임한 이시원 교수는 “대학은 연구뿐만 아니라 교육기관으로서 학생들에게 실질적인 기술과 전문 지식을 동시에 전달할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 감사하게도 국립한밭대에 임용될 수 있었고, 학생들과 함께 교육, 연구를 통해 의미 있는 성과를 내기 위해 노력하고 있습니다”라고 밝혔다. 그는 한국과학기술원에서 석·박사 과정 동안 다양한 나노 재료의 합성과 특성을 분석했으며, 특히 나노 스케일의 금속 입자와 기능성 산화물 사이의 상호작용에 관해 집중적으로 연구했다. 이때 금속과 산화물의 상호작용 연구가 그의 연구 정체성이 됐다. 이후 그는 박사후과정으로 미국 펜실베니아대학교 배젤로스 연구소에서 연구를 이어가며 금속-산화물 상호작용을 탐구했고, 이를 플라스틱과 같은 폐자원의 업사이클링 연구에 적용했다. 이시원 교수의 이 같은 연구 수행 결과는 ACS Catalysis, Chem 등 국제 저명 학술지에 논문으로 게재되어 연구자로서 의미 있는 성과를 거두는 계기가 됐다. “금속과 산화물 사이의 상호작용은 개별 금속이나 산화물 소재가 가진 고유한 특성을 넘어 촉매 반응의 반응성, 선택성, 안정성 측면에 새로운 효과를 발현할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 상호작용은 소재의 종류뿐만 아니라 온도, 주변 환경 등 다양한 요인에 따라 민감하게 변화하여 아직 밝혀지지 않은 미지의 영역이 많습니다. 저는 이를 과학적으로 증명하고 이해하기 위해 심층적으로 탐구하고 있습니다”
촉매 기반의 친환경 기술로 첨단소재 개발, 응용
이시원 교수는 지속 가능한 에너지와 환경 문제 해결을 목표로 환경촉매소재연구실을 열고 첨단소재의 개발과 응용에 주력하고 있다. “연구의 핵심은 소재의 본질적 특성을 심층적으로 이해하고 이를 다양한 응용 분야에 효과적으로 활용하는 것입니다. 특히 탄소중립 시대에 발맞춰 촉매 기반 지속가능 기술에 주목하며, 친환경·고부가가치 자원 전환 기술 구현에 집중하고 있습니다” 환경촉매소재연구실에서는 크게 두 가지 연구 주제에 초점을 맞추고 있다. 하나는 메테인의 화학적 전환, 다른 하나는 플라스틱 업사이클링 기술이다. 메테인 관련 연구는 국립한밭대가 참여하는 에너지기술공유대학사업 중 수소연료전지 인력양성 사업의 일환으로 진행되며, 이 교수는 연구진으로 참여해 메테인 기반 고순도 수소 생산을 위한 촉매 소재 연구 및 메커니즘 분석, 그리고 인력양성을 맡고 있다. 이 밖에도 수소연료전지 전극 촉매 개발 연구도 병행 중이다. “이산화탄소보다 훨씬 강력한 온실효과를 나타내는 메테인 관련 연구는 저감 연구와 활용연구로 나눌 수 있는데요, 탄소중립 실현에 필수적 요소라 생각합니다” 플라스틱 화학적 업사이클링 기술은 현재 이 교수가 연구재단 개인 과제로 진행하고 있는 연구로 그는 가수소분해 반응(Hydrogenolysis)을 이용한다. “플라스틱을 잘게 자르면 메테인, 가솔린, 디젤 등 연료로 전환할 수 있습니다. 단순 소각이나 매립 대신 고부가가치 화합물 생산을 목표로 연구를 진행 중입니다. 가수소분해 반응은 고분자 사슬을 수소를 사용해 저분자 화합물로 분해하는 기술입니다. 수소공급이 필요하다는 단점이 있지만, 다양한 플라스틱을 처리할 수 있고 높은 선택성과 온실가스 배출을 최소화할 수 있다는 장점이 있습니다. 그린수소와 결합하면 탄소중립을 선도할 수 있는 핵심기술이 될 것입니다”
"이시원 교수는 학생들이 어떤 이유든 자신이 스스로 움직일 수 있는 내적동기를 가지길 충고했다. 그리고 스스로 고민하고 부딪히며 문제를 해결하는 힘을 기르는 것이 중요함을 강조했다"
“소재를 연구하고 이해하면 멀티플레이어 될 수 있어”
“요즘 학생들은 반도체, 이차전지, AI 등 트렌디한 첨단분야에 관심이 많습니다. 하지만 저는 산업적 응용만 강조하지 않고, 소재를 연구한 사람은 어떤 분야에 진출하더라도 다재다능한 역량을 갖출 수 있다는 점을 이야기합니다. 소재를 연구하는 사람에게 중요한 것은 “소재를 제작하고 이해하고 평가할 수 있는 능력”이라고 생각하기 때문인데요, 소재 연구는 흔히 ‘합성-분석-특성 평가’ 세 단계로 이뤄지며 이 기본 사이클은 산업 분야를 막론하고 본질적으로 유사합니다. 따라서 학위 과정 동안 학생들이 이런 사이클 전반을 이해하고 익히는 것이 중요하다고 봅니다”
많은 사람이 공감할 수 있고 일상에서 체감할 수 있는 실용적인 연구를 하고 싶다는 이시원 교수는 박사후과정 당시 시작했던 폐자원의 화학적 업사이클링 연구가 앞으로 자신이 도전하게 될 연구가 될 것이라고 밝혔다. “눈에 보이지 않는 메테인을 활용하는 연구라 하면 일반 대중이 다소 생소하게 느낄 수 있지만, 플라스틱을 재활용한다고 하면 보다 직관적으로 이해하고 긍정적인 반응을 보입니다. 많은 사람이 공감하고 고개를 끄덕일 때 그것이 제 연구를 지속하는 큰 원동력이 될 수 있는데요, 우리 연구그룹이 가진 ‘소재 간 상호작용(케미) 기술’을 업사이클링 분야에 접목해서 플라스틱을 보다 효율적으로 유용한 화학 자원으로 전환하는 데 힘쓰고 싶습니다”
인터뷰에 응하는 이시원 교수의 눈빛에서 그만의 연구 열정과 진심이 느껴졌다. 그는 담담하게 자신의 연구를 소개했지만, 그의 담담함 속에는 위대함을 만들어내고자 하는 굳은 심지가 있었다. 그 심지가 밝은 불꽃을 피워내길 기대해본다.
Copyright ⓒ 이슈메이커 무단 전재 및 재배포 금지
본 콘텐츠는 뉴스픽 파트너스에서 공유된 콘텐츠입니다.
