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백금 1/10 줄인 촉매로 수전해 셀 생산 성공
수전해 셀은 물을 전기화학적으로 분해해 수소를 생산하는 기술로, 탄소 중립 시대를 위한 필수적인 에너지 변환 기술이지만 산업적 활용을 위해서는 고가의 백금 사용량이 크게 요구되는 한계가 있었다. 한국 연구진이 백금 사용량을 1/10로 줄여 수전해 셀의 경제성을 높이는데 성공했다. 이번 연구에서 측정한 수전해 셀 성능은 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)가 제시한 수전해 셀 성능 및 귀금속 사용량의 2026년 목표치를 유일하게 충족시켰다고 평가받았다.
우리 대학 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 화학과 김형준 교수 연구팀과 공동연구를 통해 음이온 교환막 기반 수전해 셀의 성능과 안정성을 획기적으로 높이는 고성능 고안정성 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다.
연구팀은 귀금속 촉매의 열화 메커니즘을 역이용하는 ‘자가조립원조 귀금속 동적배치’전략을 개발했다. 이 방법은 1,000℃ 이상의 고온에서 귀금속이 자발적이고 선택적으로 탄화물 지지체에 단일원자로 분해돼 안정적으로 담지되는 합성 기술이다. 이를 통해, 상용 백금 촉매 대비 1/10 수준의 백금 사용량으로도 더 높은 성능과 안정성을 구현했다.
단일 원자 촉매는 금속 원자가 지지체 표면에 고립된 형태로 담지돼 높은 귀금속당 촉매 효율을 나타내지만, 기존 저온 환원법에서는 촉매 성능 및 안정성 확보에 한계가 있었다.
연구팀은 귀금속 전구체와 고분자 사이의 분자적 상호작용 및 귀금속-지지체 사이의 상호작용을 응용해 자가조립원조 귀금속 동적배치라는 새로운 단일 원자 촉매합성 메커니즘을 제시했다. 또한, 연구팀은 이 합성 기술을 통해 백금뿐만 아니라 이리듐, 팔라듐, 로듐 등 다양한 귀금속 단일 원자 촉매에도 적용 가능성을 입증했다.
개발된 백금 단일 원자 촉매의 경우, 염기 조건 수소 생성반응에서 높은 안정성을 가지며 높은 밀도의 귀금속 활성점을 통해 우수한 수소 생산 성능을 보였다. 이 결과 상용 백금 촉매 대비 5배 높은 귀금속당 수소 생산 성능을 구현할 수 있었다.
연구팀은 개발 촉매의 상용성 평가를 위해 음이온 교환막 기반 수전해 셀에 적용했다. 개발된 백금 단일 원자 촉매는 상용 백금 촉매 대비 1/10 백금 사용량에도 불구하고 그를 능가하는 3.38A/cm2 (@ 1.8 V)의 높은 성능을 기록했으며, 1A/cm2의 산업용 전류밀도에서도 우수한 안정성을 나타냈다. 특히 이 성능은 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)가 제시한 수전해 셀 성능 및 귀금속 사용량의 2026년 목표치를 충족시키는 유일한 음이온 교환막 기반 수전해 셀 성능으로 평가받는다.
제1 저자인 김성빈 연구교수는 "이번 기술은 수전해 셀의 원가를 크게 절감시키며 이번 연구에서 제시된 자가조립원조 귀금속 동적배치 전략은 수전해 셀뿐만 아니라 다양한 귀금속 기반 촉매 공정에도 응용할 수 있어 산업적 파급력이 클 것으로 보인다“고 말했다.
생명화학공학과 김성빈 연구교수가 주도하고, UNIST 에너지화학공학과 신승재 교수, KIST 수소연료전지센터 김호영 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `에너지 인바이론멘탈 사이언스 (Energy & Environmental Science)' 1월 18권에 출판됐으며, 후면 표지논문(inside back cover)으로 선정됐다.
(논문명 : Self-assembly-assisted dynamic placement of noble metals selectively on multifunctional carbide supports for alkaline hydrogen electrocatalysis) DOI: 10.1039/D4EE04660A
한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노미래소재원천기술개발사업, 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업 및 한국슈퍼컴퓨팅센터의 지원을 받아 수행됐다.
2025.02.03 조회수 1053 -
버려지는 이산화탄소를 되살릴 수 있다면
세계적으로 기후 변화와 탄소 배출 문제의 심각성이 대두되면서 이산화탄소(CO2)를 화학 연료와 화합물 등의 자원으로 전환해서 활용하는 기술이 절실한 상황이다. 우리 대학 화학과 박정영 교수 연구팀이 한국재료연구원 나노재료연구본부 박다희 박사 연구팀과 공동연구를 통해 이산화탄소(CO2) 전환 효율을 크게 향상하는 촉매 기술을 개발했다.
기존의 이산화탄소(CO2) 전환 기술은 높은 에너지를 소비하는 것에 비해 효율은 낮아 상용화가 어렵다. 특히, 단원자 촉매(SACs)는 촉매 합성이 복잡하고, 금속 산화물 지지체(촉매 입자를 안정적으로 유지하거나 내구성을 높이는 역할)와 결합 안정성을 유지하기 어려워 촉매 성능이 떨어졌다.
이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 단일 및 이중 단원자 촉매 기술을 개발하고 간단한 공정으로 촉매 효율을 높이는 기술을 선보였다. 본 성과는 이중 단원자 촉매(DSACs)로 금속 간 전자 상호작용을 적극 활용해 기존보다 50% 이상 높은 전환율과 우수한 선택성(촉매가 원하는 생성물을 많이 생성할 수 있도록 유도하는 능력)을 구현했다.
본 기술은 금속 산화물 지지체 내 산소 공공(Oxygen Vacancy)과 결함 구조를 정밀하게 제어해 이산화탄소(CO2) 전환 반응의 효율과 선택성을 획기적으로 높이는 촉매 설계 기술이다. 산소 공공이 촉매 표면에 이산화탄소가 잘 흡착되도록 돕고, 단원자 및 이중 단원자는 수소(H2)가 흡착되도록 돕는다. 산소 공공과 단원자 및 이중 단원자가 함께 작용하면서 이산화탄소(CO2)가 수소(H2)와 만나 원하는 화합물로 쉽게 전환되는 것이다. 특히, 이중 단원자 촉매(DSACs)는 두 금속 원자 간의 전자 상호작용을 적극 활용해 반응 경로를 조절하고 효율을 극대화했다.
연구팀은 에어로졸 분무 열분해법(Aerosol-Assisted Spray Pyrolysis)을 적용해 간단한 공정으로 촉매를 합성하고 대량 생산 가능성도 확보했다. 이는 복잡한 중간 과정 없이 액체 상태의 재료를 에어로졸(안개 같은 작은 입자)로 만든 후 뜨거운 챔버에 보내면 촉매가 완성되는 간단한 공정 방식이다. 해당 방식은 금속 산화물 지지체 내부에 금속 원자를 균일하게 분산시키고, 결함 구조를 정밀하게 조절할 수 있도록 돕는다. 이처럼 금속 산화물 지지체의 결함 구조를 정밀하게 제어함으로써 단일 및 이중 단원자 촉매를 안정적으로 형성하고 이중 단원자 촉매(DSACs)를 활용해 기존 단일 원자 촉매 사용량을 약 50% 줄이면서도 이산화탄소(CO2) 전환 효율을 기존 대비 약 두 배 이상 향상시키고, 99% 이상의 높은 선택성을 구현했다.
본 기술은 화학 연료 합성, 수소 생산, 청정에너지 산업 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 또한, 촉매 합성법(에어로졸 분무 열분해법)이 간단하고 생산 효율도 높아서 상용화될 가능성이 매우 크다.
연구책임자인 박다희 선임연구원은 "본 기술은 이산화탄소(CO2) 전환 촉매의 성능을 획기적으로 향상하는 동시에 간단한 공정을 통해 상용화를 가능하게 한 중요한 성과”라며, "탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 또한 박정영 교수는 “본 연구는 새로운 종류의 단원자 촉매를 상대적으로 쉽게 합성할 수 있어 다양한 화학 반응에 쓰일 수 있고, 온실가스로 인한 지구온난화 문제 해결에 가장 시급한 연구 분야인 이산화탄소 분해/활용 촉매개발에 중요한 단초를 제공한다.”라고 언급했다.
본 연구는 한국재료연구원의 주요사업과 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 국가과학기술연구회의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 촉매 및 에너지 분야에서 권위 있는 저널인 어플라이드 카탈러시스 비: 인바이런멘탈 앤 에너지(Applied Catalysis B: Environmental and Energy(JCR 상위 1%, IF 20.3))에 온라인 게재됐다.
*논문(Applied Catalysis B: Environmental and Energy)
DOI 주소 https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124987
2025.01.23 조회수 1517 -
2050년 탄소중립 목표 달성을 위한 한국 산업의 온실가스 배출량 감축경로 제시
한국 산업 부문이 2050년까지 탄소중립 목표를 달성하기 위해 철강, 화학, 시멘트 등 주요 산업에서 구체적인 탈탄소화 경로를 제시한 연구가 국제 학술 저널 Journal of Cleaner Production에 발표되었다. KAIST 지속가능 녹색성장대학원 엄지용 교수가 이끄는 국제 연구팀이 발표한 이번 연구는, 향후 2035년 국가 온실가스 감축 목표(NDC) 수립에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
연구진은 Global Change Assessment Model (GCAM)[1]을 사용하여 한국 산업 부문의 온실가스 감축 전략을 분석했다. 이 연구는 철강과 화학, 시멘트 부문을 중심으로 산업별 탄소 배출 특성을 분석하고, 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술[2]과 청정에너지 기반의 수소 기술을 활용해 어떻게 각 부문이 탄소중립을 달성할 수 있을지를 구체적으로 탐색했다.
이번 연구의 제1 저자인 이한주 씨는 "본 연구는 반도체 산업을 포함한 한국의 산업 세부 업종을 학계 최초로 상세하게 모델링한 것이 특징"이라며, "철강, 석유화학, 시멘트 등 탄소집약적 산업에 맞춤형 모델을 적용해 한국 산업 부문의 탈탄소화 전략 수립에 큰 기여를 할 것"이라고 말했다.
연구 결과에 따르면, 철강, 화학, 시멘트 부문이 2050년까지 전체 산업 부문 온실가스 감축의 약 70%를 차지할 것으로 예상된다. 주요 탈탄소화 방안으로는 산업 공정의 전기화, 수소 및 바이오에너지 활용, CCS 기술 도입 등이 제시되었다. 철강 산업은 수소 기반 철강 제조 기술을 중심으로, 화학 산업은 바이오매스 기반 원료 전환을 통해 배출을 줄일 수 있다. 또한, 시멘트 산업은 재생 에너지와 전력을 활용한 생산 방식 전환을 통해 석탄 의존도를 크게 낮출 수 있다.
특히 연구는 CCS 기술과 청정에너지 기반 수소 기술이 탈탄소화에 있어 핵심적인 역할을 하지만, 두 기술의 도입이 제한될 경우 산업별로 다른 대응 전략이 필요하다는 점을 지적했다. 예를 들어, 수소 기술의 도입이 제한될 경우 철강 산업은 CCS 기술에 더 크게 의존해야 하며, CCS 기술이 제한될 경우 화학 산업은 바이오매스 활용을 강화하게 된다.
이번 연구를 총괄한 KAIST의 엄지용 교수는 "한국 산업의 탈탄소화를 위해서는 각 업종에 적합한 감축기술에 기반한 전략 수립이 필수적"이라고 강조했다. 또한, "CCS 및 수소생산 기술 등 산업부문 핵심 감축기술의 개발과 상용화를 위한 재정적 지원과 함께 보급을 가속화하기 위한 인프라 구축 및 세제 혜택이 중요하다"고 덧붙였다.
이번 연구는 한국 산업이 2050년 탄소중립을 달성하는 데 있어 중요한 이정표가 될 것이며, 각 산업 부문별 맞춤형 전략을 통해 한국이 국제 사회에서의 기후 대응 리더십을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.
[1] GCAM은 에너지 시스템, 물, 토지 및 기후를 연결하는 글로벌 통합 평가 모델이다.
[2] CCS 기술은 산업 공정이나 발전소에서 발생하는 이산화탄소를 포집하여 대기로 방출되는 것을 막고, 포집한 이산화탄소를 저장하거나 활용하여 온실가스 배출을 줄이는 기술이다.
논문링크: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143749
2024.10.10 조회수 2550 -
전기 공급만으로 공기 중 CO₂를 제거하다
대기 중 이산화탄소 농도가 증가됨에 따라 지구 평균 기온도 약 1.2도 상승했으며 이는 극단적인 기상 현상, 해수면 상승, 생태계 파괴 등 심각한 환경 문제를 초래하고 있다. 우리 연구진이 공기 중 0.04%가량 존재하는 이산화탄소를 95% 이상 순도로 포집해 추후 이산화탄소 기반 연료 및 화학제품 생산 등 사용할 수 있는 기술을 개발해 화제다.
우리 대학 생명화학공학과 고동연 교수 연구팀이 순수 전기만으로 작동해 공기 중 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있는 혁신적인 탄소 포집기를 개발하고 상용화하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 이 기술은 이번 연구를 주도한 김규남 박사과정 연구원의 학생 창업기업(소브(Sorv), 대표 김규남)을 통해 기술 상업화를 추진 중이다.
고동연 교수 연구팀은 전기 가열원이 이산화탄소 흡착제와 한꺼번에 대량 생산될 수 있는 기술을 자체적으로 개발하고, 이를 통해 벤치 규모의 직접 공기 포집(Direct Air Capture, 이하 DAC) 시스템 구현에 성공했다.
외부 열에너지의 공급 없이 전기만으로 구동할 수 있는 본 기술은 태양광, 풍력 등 다양한 재생에너지원을 직접 이용할 수 있고, 시스템의 부피가 매우 작아 기존 탄소 포집기가 적용될 수 있는 영역의 한계를 뛰어넘을 수 있다.
공기 중 극미량 존재하는 이산화탄소를 포집하는 기술을 기술 수준 하단에서 상단까지, 즉 실험실 단계에서 상업적 규모로 확대하는 것은 매우 어려운 일이다. 첫째, 대기 중 이산화탄소 농도가 낮아 이를 효과적으로 포집하기 위해서는 매우 효율적인 흡착제가 필요하다. 둘째, 포집된 이산화탄소를 경제적이고 에너지 효율적으로 분리하는 시스템이 필요하다. 셋째, 이 모든 과정을 대규모로 구현하기 위해서는 안정하고 일관성 있는 공정이 보장돼야 한다.
연구팀은 이러한 도전에 맞서 전기 가열원이 통합된 흡착제 및 시스템을 개발해 이산화탄소 포집기의 성능을 극대화했다. 이 흡착제는 대량 생산이 가능하며, 넓은 비표면적을 제공해 이산화탄소를 더 효율적으로 흡착할 수 있다. 또한, 빠른 흡착 및 탈착 속도를 자랑하며, 구조적으로 강해 반복적인 사용에도 변형이 적다.
연구팀이 개발한 탄소 포집기는 고성능의 흡착 소재에 이산화탄소를 흡착한 후 전기로 작동하는 가열원을 통해 발생하는 열을 이용해 순수한 이산화탄소 얻어내는 방식으로, 에너지 효율이 높고 정밀한 온도 제어가 가능하다. 이 시스템의 큰 장점 중 하나는 재생에너지로만 가동이 가능할 정도로 에너지 효율적이라는 점이다. 이는 전기에 접근성이 있는 모든 지리적 환경에 배치가 가능해, 다양한 장소에서 이산화탄소를 포집할 수 있게 한다.
현재 실험실 스케일에서는 하루 약 1~3kg의 이산화탄소를 처리할 수 있을 것으로 예상된다. 이 기술은 향후 하루 포집량 1톤 규모 이상으로 스케일업 및 대규모 배치도 가능하며 대기 중 이산화탄소를 포집하는 용도 뿐만 아니라 화력발전소, 시멘트 공장, 철강 공장 등 대규모 이산화탄소 배출원을 대상으로도 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
김규남 박사과정 연구원은 "이번 연구는 대기 오염 문제 해결에 한 발 더 다가설 수 있는 중요한 성과이며, 앞으로도 지속적인 연구를 통해 기술을 발전시키고 실제 환경에서의 적용 가능성을 높이겠다”라고 말했다.
연구팀은 본 기술의 혁신성을 인정받아 2022년에는 랩 스타트업(Lab Startup) KAIST 최우수상 수상, 2023년에는 미국 R&D 100 어워즈(Awards)의 파이널리스트(Finalist)로 선정됐으며, 2024년 1월에는 라스베이거스에서 개최된 국제전자제품박람회(CES 2024)에 e-DAC 데모 유닛을 전시하고 부스 발표를 하며 기술의 우수성을 널리 알린 바 있다.
이번 연구는 사우디 아람코-KAIST 이산화탄소 연구센터의 지원으로 이루어졌으며, 양 기관의 지속적인 협력을 통해 더욱 혁신적인 기술 개발이 기대된다.
2024.07.29 조회수 3836 -
현존 최고 성능 세라믹 전기화학전지 개발
온실가스 배출량을 '0'으로 만드는 글로벌 약속 '탄소중립(Net-zero)' 달성을 위해 탄소 배출을 줄이는 수소 에너지의 활용 및 생산은 선택이 아닌 필수적인 요소로 부상하고 있다. 이를 위한 에너지 변환 기술 중 고효율 전력 변환 및 그린수소 생산이 가능한 프로토닉 세라믹 전기화학전지(PCEC)가 미래 수소 에너지 사회를 촉진할 차세대 기술로 주목받고 있다.
우리 대학 기계공학과 이강택 교수, 신소재공학과 정우철 교수, 한국에너지기술연구원 이찬우 박사, 전남대학교 송선주 교수 공동 연구팀이 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 산화물 전극 결정구조 제어를 통해 양성자 확산경로를 2차원에서 3차원으로 확장하는 데 성공해 전극의 촉매활성을 크게 향상시켰다고 14일 밝혔다.
비대칭 구조를 갖는 페로브스카이트 산화물계 전극은 구조적인 한계로 인해 양성자의 격자 내 이동이 제한으로 촉매 활성이 낮아 연료전지의 성능이 낮아진다는 문제점이 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해, 이종 금속원소 후보군을 선정 및 도핑해 격자내에서 양성자가 이동하기 어려운 비대칭 구조를 성공적으로 대칭 구조화하여 양성자 수송 특성을 극대화 하였고, 이를 통해 고성능 전극 설계에 대한 단초를 마련했다. 또한 연구팀은 계산화학*을 통해 전극의 결정구조가 양성자 수송 특성에 미치는 영향에 대한 상관관계를 규명했다.
*계산화학: 컴퓨터를 이용해 화학 시스템의 구조와 반응성을 이론적으로 모델링하고 예측하는 학문
연구팀이 개발한 전극 소재는 프로토닉 세라믹 전기화학전지에 적용돼 현재까지 보고된 소자 중 가장 뛰어난 전력 변환 성능(650도에서 3.15 W/cm2)을 보이며 생산 과정 중 이산화탄소가 배출되지 않는 그린수소 또한 높은 생산 성능(650도에서 시간당 약 770 ml/cm2)을 보였다. 500시간의 장시간 구동 후에 가역 구동(전력 및 그린수소를 교대로 생산)에서도 안정적인 성능을 보여, 제시한 전극 설계 방법의 우수성이 입증됐다.
이강택 교수는 “이번 연구에서 제안한 전극 설계 기법이 프로토닉 세라믹 전기화학전지의 고성능 전력/그린수소 생산에 대한 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대되며, 이 기술이 글로벌 넷제로 달성을 위한 수소 생산 및 친환경 에너지 기술 상용화에 촉매제가 될 수 있을 것”이라고 말했다.
우리 대학 기계공학과 김동연 박사과정, 정인철 박사, 신소재공학과 안세종 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 에너지·재료 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈, Advanced Energy Materials (IF:27.8)’에 지난 4월 12일 字 후면표지(Back cover) 논문으로 게재됐다. (논문명: On the Role of Bimetal-Doped BaCoO3-���� Perovskites as Highly Active Oxygen Electrodes of Protonic Ceramic Electrochemical Cells)
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발사업, 이공분야기초연구사업 그리고 나노 및 소재 기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
2024.05.14 조회수 5686 -
녹색성장지속가능대학원-인비저닝파트너스 업무협약 체결
우리 대학 녹색성장지속가능대학원(원장 엄지용)이 22일 인비저닝 파트너스(대표 제현주, 김용현)과 기후테크(climate tech) 생태계 구축과 탄소중립 융합인재 양성을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다.
이번 업무협약 체결을 통해 양 기관은 ▴한계돌파형 기후테크의 도약생태계 구축과 글로벌 확장, ▴탄소중립 시대가 요구하는 융합인재를 양성하기 위한 녹색성장지속가능대학원 교육의 고도화 ▴기후테크 스타트업의 창업보육 및 육성 ▴기후위기 대응과 관련하여 양 기관이 보유하고 있는 지식의 공유 및 확산 등에 협력할 계획이다.
우리 대학 녹색성장지속가능대학원은 탄소중립을 선도할 융합인재를 양성해 글로벌 기후위기 대응과 녹색성장에 기여하고자 2023년에 출범했으며, 매해 30여명의 석사·박사 과정생을 선발해 탄소중립 융합인재를 양성하고 있다. 현재 16개 학과 50여명의 교수진이 탄소중립 과학기술과 정책/금융을 통합한 혁신적인 교육과 연구로, 탄소중립 기술 솔루션 도출로 임팩트를 구현하는 동시에 글로벌 녹색성장 가치확산을 주도하고 있다.
이번 업무협약식은 서울 성동구 소재 인비저닝 파트너스에서 녹색성장지속가능대학원 엄지용 대학원장 및 인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표를 비롯한 양기관 임직원들이 참석한 가운데 진행되었다.
인비저닝 파트너스 제현주, 김용현 대표는 "기후테크는 다제적, 다자간 협력이 무엇보다 중요한 분야"라며, "역량있는 연구자들이 탄소중립 전환을 반드시 풀어야 할 문제이자 기회로 인식하고 유의미한 해결책을 모색하는 환경을 만드는데 힘을 보탤 것"이라고 말했다.엄지용 대학원장은 "2023년 초에 설립된 우리 대학원은 기후위기 대응 및 탄소중립 문제 해결, 지속가능한 녹색성장을 위한 초학제적 교육, 연구 혁신과 기술 수요처와의 긴밀한 협력으로 한계돌파형 기후테크 생태계를 구축하고, 이를 세계로 확장하는데 인비저닝 파트너스와의 협력이 중추적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 전했다.
2024.01.24 조회수 3333 -
배충식 교수, 탄소중립 연료기술 국제 심포지엄 개최
지난 10월 27일, 서울특별시 페럼홀에서 우리 대학 기계공학과 배충식 교수 주관 하에 탄소중립연료기술 국제 심포지엄이 성황리에 개최됐다. 이번 심포지엄에는 자동차 분야의 세계적인 전문가인 독일 KIT공대의 Thomas Kohr 교수와 일본 Japan Petroleum Energy Center의 Kenichi Okamoto 박사 등이 연사로 참여하였다.
이 행사는 수송동력 분야의 탄소 중립을 주제로, 탄소 중립 연료 기술의 활용 방안 및 현 수송 분야 탄소 중립 정책의 문제점에 대한 심도 있는 토론의 장을 마련했다. 김상협 탄소중립녹색성장위원장과 나승식 자동차연구원장이 기조연설을 통해 행사의 의미를 더했다. 약 200명의 자동차 분야 전문가 및 연구원이 참가한 이번 행사는 탄소중립연료에 대한 높은 관심과 열기를 반영하는 자리가 되었다.
2023.12.13 조회수 3128 -
상온에서 쉽게 이산화탄소 실시간 분해하다
기후변화를 포함한 환경 및 에너지 문제에 직접 맞닿아 있는 온실가스 전환 기술은 주로 G7 국가를 비롯한 OECD 회원국들을 중심으로 최근 많은 논의가 이뤄지고 있으며, 대한민국 역시 2050년까지 탄소중립 글로벌 스탠다드 달성을 위해 산・학・연 및 민・관 협력 연구를 활발히 촉진하고 있다. 대기 중의 온실가스를 제거함과 동시에, 미래 청정 연료로 주목받는 메탄올 합성에 필요한 이산화탄소 분해 반응은 탄소중립 달성을 위한 산업계 패러다임 전환 대응에 필요한 핵심 기술이지만, 이산화탄소 분자가 화학적으로 매우 안정된 탓에 공업적으로 유용한 화학 물질로의 전환은 여전히 난제로 여겨진다.
우리 대학 화학과 박정영 교수 연구팀이 광주과학기술원 (GIST) 물리·광과학과 문봉진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 초미세 계단형 구리(Cu) 촉매 표면이 이산화탄소(CO2) 분자를 보다 효과적으로 분해할 수 있음을 입증했다고 26일 밝혔다.
포집된 온실가스의 전환은 일반적으로 고온・고압의 촉매 화학반응 환경에서 이뤄지고 있다. 보통 구리 기반 촉매물질을 이용하여 이산화탄소 분자가 일산화탄소(CO) 및 산소 원자(O)로 분해할 때 수십 기압에 이르는 고압 반응환경이 요구된다. 따라서, 기존의 촉매 물질을 개선하고 최적의 이산화탄소 전환 반응을 유도함으로써 온실가스의 전환 효율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 촉매의 개발이 필요한 실정이다.
상압 전자터널링 현미경(AP-STM) 기술을 활용해 직접 관찰된 연구팀의 이번 연구 결과는, 머리카락 두께의 10만 분의 1 크기의 계단형 표면 구조가 온실가스의 분해 반응 향상에 크게 기여한다는 시각적 증거를 처음으로 제시했다. 연구진은 그 크기가 수 옹스트롬(Å·100억 분의 1 미터)에 불과한 이산화탄소 분자는 촉매 물질의 표면 구조에 따라서 반응 활성도가 달라질 수 있다는 점에 착안, 머리카락 두께의 10만 분의 1에 불과한 계단형 초미세 구리 표면과 반응하는 이산화탄소 분자의 분해 과정을 실시간 포착했다.
초미세 계단형 구조를 갖는 구리 원자의 표면 배열은 평평한 구조를 갖는 넓은 구리 표면 구조에 비해 훨씬 낮은 활성화 에너지를 필요로 하기 때문에 온실가스의 분해가 상대적으로 용이하다. 연구진은 관찰 결과, 구리 촉매 표면의 계단 위치와 충돌한 이산화탄소 분자가 상온에서도 쉽게 분해됐고, 더 나아가 분해된 일산화탄소 분자와 산소 원자가 표면의 구조변화를 동시에 유도함으로써 촉매반응 경로에 영향을 끼칠 수 있음을 발견했다.
박정영 교수는 “이번 연구는 기존에 진행된 구리 표면에서의 이산화탄소 촉매 현상의 이해를 뛰어넘는 새로운 발견이며, 이를 통해 고효율 이산화탄소 촉매의 개발을 통해 인류의 가장 시급한 문제 중의 하나인 지구온난화 및 지속가능성 문제 해결에 기여할 것이다”라고 밝혔다.
한국연구재단(NRF) 중견연구자지원사업, 과학기술분야 기초연구사업과 한-프랑스 협력기반조성사업(STAR) 등의 지원을 받은 이번 연구성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications IF 17.694) 온라인판에 6월 6일 자 게재됐다. (논문제목: Revealing CO2 dissociation pathways at vicinal copper (997) interfaces)
2023.06.26 조회수 6551 -
KAIST-서울대, 탄소중립 혁신기술 인재양성 공동 포럼 개최
우리 대학은 19일(금) 서울시 강남구 과학기술회관에서 ｢탄소중립 혁신기술 인재양성 공동 포럼｣(이하 ‘기술-인재 공동 포럼’)을 서울대학교(총장 유홍림)와 공동 개최한다. 2050 탄소중립녹색성장위원회(공동위원장: 한덕수 국무총리, 김상협 부총장, 이하 '탄녹위') 가 후원한다. 이번 공동 포럼은 두 대학 총장이 탄소중립을 위해 벽을 허물고 힘을 모아야 한다는 점에 인식을 같이한 결과로, 두 대학의 주요 교수 16명이 참여해 '탄소중립 혁신기술'과 '탄소중립 미래인재'에 대한 심도 있는 발표와 토론을 한다. 아울러 이 자리에는 원희룡 국토부 장관과 주영창 과학기술혁신본부장이 '지속가능한 국가 인프라'와 '탄소중립 R&D'를 주제로 기조사를 하며, 삼성전자, 현대자동차, LG화학, SK E&S의 최고경영자들이 종합토론에 참여한다. 공동 포럼의 1부는 이재우 KAIST 교수의 사회로 「탄소중립 혁신과학기술」을 주제로 진행되고 , 2부는 윤재용 서울대 교수의 진행으로「탄소중립 미래인재」에 대해 논의한다. 1부에서는 재생에너지분야 기술인 '태양전지'에 대해 서울대 김진영 교수가 발표하고, 미래 탄소중립에 있어 매우 중요한 분야 중 하나인 '탄소 제거 분야에 대한 KAIST 고동연 교수의 발제가 있다.
2부에서는 조홍식 서울대 교수가 '인재양성을 위한 제도 기반'에 대해 발표하고, 서용석 KAIST 교수는 '기초과학기술 분야 인재양성 중요성'에 대해 발표한다. 또한, 정부측에서는 인재정책을 총괄하는 교육부 이정규 서기관과 과학기술정보통신부 임채권 서기관이 '교육과 과학기술 분야 인력양성'에 대한 정부의 미래 인력양성 정책을 소개한다.
3부 종합세션에서는 김상협 탄녹위 공동위원장이 좌장을 맡아, 반기문 제8대 UN사무초장의 축사에 이어 이광형 KAIST 총장, 유홍림 서울대 총장, 원희룡 국토교통부장관, 주영창 과학기술혁신본부장이 참여하는 기조사가 발표된다.
'지속가능한 미래'를 주제로 한 종합토론에서 이상엽 KAIST 부총장은 기후변화 대응을 위한 파괴적 도전 기술을, 남기태 서울대 교수는 탄소중립 미래인재 양성방안을 논의하고 신학철(LG화학 부회장), 추형욱(SK E&S 사장), 남석우(삼성전자 반도체 제조부분 사장), 김동욱(현대자동차 전략기획 부사장)는 '기업과 정부, 대학의 역할'에 대해 집중 토론한다
이광형 총장은 기조사에서 "KAIST는 탄소중립을 실현하기 위한 혁신 과학기술과 이를 이끌어나갈 미래 인재를 양성하는 일에 매진하고 있다"라며, "이번 공동포럼은 탄소중립 사회를 구현하기 위해 두 대학은 물론 정부와 산업계까지 유기적으로 힘을 합쳐 대응해나가는 유의미한 계기가 될 것"이라고 말했다.
반기문 사무총장은 이와 관련, "자원 하나 없는 한국이 여기까지 온 것은 사람을 키웠기 때문"이라며, "탄소중립 녹색성장 시대에는 한국은 물론 글로벌 무대에서 새로운 사고, 새로운 지식, 새로운 기술로 세상을 변화시킬 인재가 절대적으로 필요"하다며 이번 공동포럼의 의미를 평가했다.
김상협 탄녹위 공동위원장은 "미국 스탠퍼드와 하버드를 비롯, 선진국의 주요 대학들이 경쟁적으로 녹색 기술개발과 인재 육성에 나서고 있다"며 "이번 서울대와 KAIST의 공동포럼을 계기로 대한민국 대학가 전반에도 새로운 혁신의 바람이 불기를 기대한다"고 말했다. 탄녹위는 이와 관련, 관련 부처 및 산업계와 함께 지속 가능한 발전에 관심을 갖는 국내외 대학과 협력을 확대해 나갈 방침이다. 우리 대학은 2013년 녹색성장 분야의 기술과 정책·금융을 융합한 인재 양성을 위해 녹색성장대학원을 설립했는데, 최근 탄소중립 시대에 적극 부응하기 위해 대전 본부를 중심으로 이를 격상시킨 ‘녹색성장지속가능대학원’을 발족, 40여 명의 교수진을 구축했다.
2023.05.18 조회수 5753 -
기계공학과 배충식 교수, 2023 탄소중립연료 기술 심포지움 주최
2023년 4월 14일, 기계공학과 배충식 교수가 조직위원장으로서 KAIST와 산업통상자원부가 주최하고, 한국과학기술원 연소기술연구센터와 한국자동차공학회 모빌리티 동력 및 구동시스템 부문이 주관하는 탄소중립연료의 생산과 활용 기술에 대한 심포지움이 부산 BEXCO 제1전시장 회의실에서 개최됐다.
이번 탄소중립연료 기술 심포지움은 52개 산업체에서 참가한 185명을 비롯해 산, 학, 연, 관, 언론 등 285명이 참가하는 열띤 사회적 반향을 일으켰다. 행사는 탄소중립녹색성장위원회, 한국자동차연구원, 한국항공우주학회, KAIST BK21 기계사업단, 한국연소학회, 한국분무공학회, 한국마린엔지니어링학회, 한국에너지기술평가원의 후원으로 진행됐으며, 주제발표 전 김상협 탄소중립녹색성장위원회 위원장, 나승식 한국자동차연구원 원장, 민경덕 한국자동차공학회 회장의 축사가 이뤄졌다.
2023 탄소중립연료 기술 심포지움은 다양한 재생합성연료를 포괄하는 고에너지밀도 액체연료의 기술개발과 공급망 형성을 위한 여러 분야의 전망을 한 자리에서 공유하여 서로의 노력이 상승 작용을 이루 수 있도록, 생산과 다양한 활용처에서의 기술 개발 현황을 들어볼 수 있는 자리로 마련됐다.
우리 대학 배충식 교수는 ‘IEA 전망으로 본 탄소중립 시나리오’에 대한 주제발표를 통해, 국제에너지기구 (IEA)에서 제시하고 있는 전세계 탄소중립을 위한 NZE (Net Zero Emission) 시나리오에 대해 소개했으며, 수송부문에 있어서의 e-Fuel에 대한 정의와 가능성, 그리고 국.내외 기술 및 정책 동향에 대한 내용을 발표했다.
또한, 수송부문 탄소 중립에 있어서 “고 에너지밀도 수송동력 연료로서 탄소중립연료(e-Fuel)는 필수적이며, 신재생에너지자원의 편중을 극복할 에너지 분배 이송 매체로서 에너지 안보에 필수불가결한 연료”라고 언급하면서 “e-Fuel 기술을 선도하기 위한 인프라개선, 신규산업 육성, 산업생태계 구축을 위해 모든 분야가 공조하고 국가적 차원에서 지원해야 한다”고 강조했다.
이외에도 이성영 Michigan Technological University 교수의 “수소 공급망 전망(IEA),”문석수 인하대학교 교수의 “일본의 e-Fuel 정책 및 연구 동향,”등의 미래 전망에 대한 발표와 더불어, 천동현 한국에너지기술연구원 실장의 e-Fuel 생산기술, 서민혜 고등기술연구원 책임연구원과 고동연 한국과학기술원 교수의 탄소포집기술, 정재우 한국자동차연구원 수석연구원, 김재헌 현대자동차 책임연구원, 박현춘 HD현대중공업 책임연구원, 유덕근 HD현대인프라코어 수석연구원의 수소, 메탄올 및 암모니아 등 다양한 탄소중립연료 활용기술, 김대식 강릉원주대 교수와 이동훈 두산에너빌리티 책임연구원의 터빈 발전 기술 개발 동향 및 사례에 대한 발표가 진행됐다.
12개의 분야 별 주제 발표 이후 배충식 한국과학기술원 교수의 주재로 최보선 산업통상자원부 자동차과장, 한동희 현대자동차 수석연구위원, 손정호 HD현대중공업 전무, 정욱 HD현대인프라코어 상무, 박희호 한화에어로스페이스 상무 등이 토론자로 참석한 패널토론이 진행됐다.
조직위원장인 배충식 교수는 "이번 행사를 통해 탄소중립연료 생산과 자동차, 선박, 항공, 발전 분야의 활용기술에 대한 기술개발 방향에 대하여 나누고 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 소중한 자리가 되었으면 한다"고 밝혔다.
2023.05.04 조회수 6140 -
탄소중립을 실현할 인재 양성 본격화
세계적 난제인 탄소중립과 녹색 성장의 실현을 위해 국가 핵심 인재를 양성하고, 사회·경제·환경 분야의 지속가능성 문제를 해결할 연구 수행을 하기 위해 KAIST가 적극적으로 나섰다.
우리 대학 탄소중립 혁신기술 개발 및 혁신 기후기술 실현을 선도해 나가기 위해 녹색성장지속가능대학원(Graduate School of Green Growth & Sustainability)을 설립했고 올해 가을학기부터 신입생을 선발할 것이라고 20일 밝혔다.
녹색성장지속가능대학원은 기후 위기에 대응하는 과학기술과 정책·금융을 융합한 국가 핵심 인재를 양성하고, 탄소중립산업을 육성하기 위한 다양한 혁신연구를 통해 산업 및 공공부문의 리더와 창업가를 키우기 위해 올해 3월 설립된 석·박사 대학원 과정이다.
탄소중립 혁신기술 개발을 위해 이종 학문 분야 융복합을 지향하는 동 대학원은, 공과대학 및 인문사회경영 분야 15개 학과의 43명의 교수진이 `탄소중립이행평가', `탄소중립기술시스템', `에너지기술시스템', `자원순환기술시스템'이란 4대 중점분야에서 교육과 연구를 수행한다. 대학원을 졸업하면 국내·외 에너지·기후분야 융합대학 및 연구기관에서 교수나 연구자로 활동하거나, 국제기구와 민간기업, 투자사 등에서 지속가능·ESG 분야 사업개발자 및 컨설턴트로, 나아가 기후기술 분야의 창업가로 활동하면서 탄소중립을 선도하게 된다.
엄지용 책임교수는 “미국의 스탠퍼드 대학이나 콜롬비아 대학 등 세계 정상급 교육 및 연구기관에서 기후 기술 개발에 역량을 집중하고 있는 가운데, KAIST는 2050 탄소중립의 시급성과 기후 위기 대응을 위해 학문 분야 간 높은 장벽을 과감히 허물고, 탄소배출 난감축(hard-to-abate) 부문의 도전적인 기후 기술 시스템을 구축하고 실증하기 위해 기존의 교육과 연구의 체계를 혁신하고 있다”면서 “특히, 한계 돌파형 기후 기술 개발로 새로운 시장 기회를 창출하고 탄소중립의 실현 가능성을 높이려면 정책 및 금융 측면의 평가와 분석이 수반되어야 하는데, 이 같은 초학제적 시도는 KAIST가 유일하다”고 전했다.
입학에 관한 내용은 KAIST 입학 홈페이지(https://admission.kaist.ac.kr/) 또는 녹색성장지속가능대학원 홈페이지(http://gggs.kaist.ac.kr/) 에서 확인할 수 있으며, 3월 23일 19시 대학원 입시설명회 사전등록링크는 다음과 같다. (https://forms.gle/5LthKGBnXUadREBx9)
2023.03.20 조회수 6549 -
생명화학공학과 이재우 교수, 미국화학공학회 석학회원(AIChE Fellow) 선임
우리 대학 생명화학공학과 이재우 교수가 미국화학공학회 (AIChE) 2023년 석학회원 (Fellow)으로 선임됐다고 10일 밝혔다.
미국화학공학회(AIChE)는 세계 최고 권위의 화학 및 생물공학, 소재, 공정, 환경, 에너지 분야 학회다. 110여 개국에서 6만 명에 이르는 회원을 보유하고 있다. 이중 석학회원(Fellow)은 대부분이 미국의 저명한 학자들과 소수의 외국기관 회원으로 구성되며 탁월한 개인 연구업적 및 봉사 실적, 전문 분야 총괄 경력 등 4개 이상의 평가 기준 심사를 거쳐 선정한다.
우리 대학 생명화학공학과 소속으로 2012년 이상엽 연구부총장이, 2013년 이재형 겸직교수(現 USC 석좌교수)가 AIChE 석학회원으로 선임된 후 10년 만에 이재우 교수가 2023년 AIChE 석학회원으로 선임됐다. 따라서 현재 국내에 AIChE 석학회원으로는 3명의 KAIST 교수들이 선임되어 있다.
이재우 교수는 최근 1기압 이하의 이산화탄소가 포함된 배출가스를 부가가치 높은 탄소 재료로 전환하는 공정기술과 케미컬 루핑 공정을 통한 이산화탄소 활용 및 수소생산기술, 반응/분리 공정 직접화 기술들을 개발한 공로를 인정받아 석학회원으로 선정됐다.
이 교수는 서울대학교 화학공학과에서 학사/석사학위를 마치고, 쌍용정유(現 에스오일)에서 공정 디자인 연구자로 다양한 현장경험을 거친 후 미국 카네기 멜론(Carnegie Mellon) 대학 화학공학과에서 박사를 취득했다. 그 이후 독일 아헨공대에서 알렉산더 본 홈볼트 리서치 펠로우(Alexander von Humboldt Research Fellow)로 연구를 수행한 후 뉴욕시립대학(CCNY, CUNY)에 2001년에 조교수로 부임해 2010년 정교수로 승진했고 2012년부터 KAIST 생명화학공학과 교수로 부임해 후학들을 지도하며 탄소중립 및 에너지 시스템에 관련된 연구를 지속해오고 있다.
주요 수상으로는 ‘석명우수화공인상’(2016년)과 공학한림원 ‘2025년 미래 100대 기술’선정(2017년), 과학기술정보통신부 국가연구개발 우수성과 100선(2018년), ‘이수영 교수학습혁신 우수상’(2019년), 리서치 임팩트 어워드(Research Impact Award) (2022년), 그 외 기술혁신상 및 KAIST 공로상 등을 다수 수상한 바 있다.
현재는 기후변화에 대처하는 중요한 탄소중립 연구로 기초적인 원천기술 개발을 목적으로 한 분산형저탄소수소생산 선도연구센터(2022 과기정통부 ERC 선정)와 산업체 응용 부분에 관련된 기술을 개발하는 롯데케미칼-KAIST 탄소중립연구센터 소장으로 핵심 관련분야 연구를 이끌고 있다.
이재우 교수는 이산화탄소 및 다양한 온실가스를 유용한 화학제품으로 전환하는 공정기술에 관련된 연구를 수행할 예정이며, 이와 함께 저탄소 에너지 생산/공급하는 에너지 시스템 개발 및 에너지 소비와 공정 장치의 수를 대폭 줄일 수 있는 공정 집적화 연구를 수행해 지속가능한 산업 및 사회구현에 이바지할 계획이다.
2023.03.10 조회수 7307