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2020-07 27 중요기사

[학술][우수R&D] 최창식 교수, 아파트 리모델링에 안전을 더하다

최창식 공과대학 건축공학부 교수가 15층 내외 건물의 층수를 증축할 때 기존 벽체를 보강하는 기술을 개발했다. 최 교수의 기술은 기존 방식과 다르게 벽이 두꺼워지거나 늘어나지 않아 건물 내부의 실평수(실사용 면적)가 줄어들지 않는다. 통계청 자료에 따르면 2018년 서울을 기준으로 전체 인구 중 아파트에 거주하는 비율은 약 45.6%에 달한다. 최 교수는 “도시에서의 생활은 아파트로 시작해 아파트로 끝난다”고 빗대었다. 아파트 비율이 높은 만큼 건설한 지 오래된 아파트도 많다. 전국의 주거용 건축물 중 2018년 기준 지어진 지 30년 이상의 건물이 55%다. 건물이 노후하면 해결책은 크게 두 가지로 나뉜다. 모두 부수고 새로 짓는 재건축과 건물의 일부를 보강하고 덧대는 리모델링이 있다. 최 교수의 연구(연구명 ‘수직증축 허용에 따른 구조안전 확보 기술개발’)는 리모델링, 그중에서도 수직으로 증축할 때 생기는 문제들을 해결하는 데 초점을 뒀다. ▲건축물을 위로 증축하면 수평 하중과 휨 하중이 증가한다. (최창식 교수 제공) 기존 건물에 층수를 더 쌓기 위해선 여러 현상을 고려해야 한다. 기둥과 벽에 수직으로 가해질 하중과 바람 및 지진 등의 영향으로 생길 수평 하중, 휨 하중을 견딜 수 있는 설계가 필요하다. 특히 건물의 층수가 많아지면 수평 하중과 휨 하중이 중요해진다. 볼펜을 세로로 세웠을 때 작은 입김에도 쓰러지는 것을 떠올리면 쉽다. 수평 하중과 휨 하중을 견디도록 설계한 벽을 전단벽이라고 한다. 최 교수의 전단벽 보강 기술은 기존 부착식 공법과 큰 차이를 보인다. 최 교수의 기술은 벽의 두께가 두꺼워지지 않고 벽을 추가로 늘리지도 않는다. 이 때문에 세대별 평수가 줄어들지 않는다. 부동산이 실내 거주 면적에 민감하게 반응한다는 점을 중요하게 생각한 것이다. 최 교수는 벽체에서 보강재를 덧댈 만큼의 두께를 계산해 잘라내고 잘라낸 부분에 시공을 진행했다. 보강이 필요한 하중만큼 보강재를 유동적으로 첨가한다는 게 특징이다. ▲최창식 공과대학 건축공학부 교수는 벽체의 일부를 잘라내고 보강재를 삽입해 세대별 평수에 영향을 주지 않는 보강 기술 방법을 개발했다. 이번 연구는 국토교통부를 필두로 많은 대학이 함께 연구 클러스터를 구성해 8년간 진행하는 과제다. 각 대학은 기초구조, 상부구조, 수직 하중, 주차장 문제 해결 등 분야를 나눠 연구했다. 최 교수는 건축물의 요소 중 상부구조에 수평 하중과 휨 하중을 견딜 수 있는 내력 설계를 개발했다. 최 교수는 기술 개발을 마쳤고 실규모 구조물에 테스트도 완료한 상태다. 상용화까지 남은 건 실제 아파트에 수직 증축을 실행해보는 것이다. 최 교수는 “이론과 실무 사이에 틈이 있을 수 있기 때문에 꼭 필요한 단계”라고 설명했다. 최 교수의 연구실은 실용화를 목적으로 하는 기술 개발을 지향하고 있다. 실제 건물에 적용하는 과정은 늘 어려움이 있었다. 최 교수는 “특히 이번 연구는 실제 적용 단계에 어려움이 따른다”고 얘기했다. 아파트는 사적인 공간이면서 많은 사람이 공유하는 공적인 공간이란 성격을 띠고 있다. 세대마다 바라는 희망 사항이 다르고 한 세대 안에서도 세대원들의 입장차이가 존재한다. 부동산이기에 소유자는 민감하게 반응할 수밖에 없다. 이런 점들이 어우러져 기술 적용을 시도하겠다고 자처해 나서는 단지들이 거의 없다. 최 교수는 “실전 사업에 적용해보고 싶은데 도전하려는 단지들이 많지 않다”고 말했다. 리모델링을 선호하는 아파트 단지가 많지 않은 것도 난관으로 작용했다. 실상 대다수의 아파트는 철근콘크리트 구조이기 때문에 균열이 생기지 않는 한 수명이 상당히 길다. 최 교수는 “아파트의 재건축과 리모델링은 재료의 수명보다 정책적 판단에 따른 결정”이라고 얘기했다. 재건축과 리모델링이라는 선택지 사이에서 다수의 사람은 재건축에 손을 든다. 최 교수는 “사람들이 기존 구조물을 활용한다는 점에서 리모델링에 대해 막연한 불안감을 느끼는 것 같다”고 말했다. 그는 이어 “재건축 못지않게 많은 기술적 검증이 들어가므로 안정성을 인정해줬으면 좋겠다”고 덧붙였다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-07 22 중요기사

[학술][이달의 연구자] 공구 교수, CTGS 웹 애플리케이션으로 유방암 표적 유전자를 선별하다

유방암은 다양한 아형이 존재해 치료 및 예후 확인을 위한 표적 유전자가 서로 다르다. 공구 의학과 교수는 표적 유전자 후보를 쉽게 찾을 수 있도록 CTGS(Cancer Target Gene Screening) 웹 애플리케이션을 개발했다. ▲공구 의학과 교수는 표적 유전자 후보를 찾아 유방암을 치료하는 데 도움을 주기 위해 CTGS 웹 애플리케이션을 개발했다. 유방암은 여성 암 사망률 1위로 다양한 아형이 존재하는 질병이다. 아형은 임상 특징과 치료 방법에 따라 에스트로겐 수용체 양성(ER+), HER2 양성(HER2+), 삼중음성유방암(TNBC)으로 구분된다. 각각의 아형은 생물학적 병리학적으로 독특한 특징을 지녀 위험 요인, 조직 병리 특징, 치료에 대한 반응이 다르다. 유방암을 정확하게 진단하기 위해선 아형별 표적 유전자를 분석하는 것이 필요하다. 공구 의학과 교수는 지난 88년 한양대 의학과를 졸업한 후 병리과로 진학해 평생 유방암 연구에 전념했다. 공 교수는 이질적인 특성으로 정밀의료(맞춤치료)가 필요한 유방암을 정확히 진단하고 치료하기 위해 560여 개 유방암을 선별해 해당 유전자 맵을 완성했다. 그 후 560여 개의 유전자를 분석해 정밀의학을 할 수 있는 발판을 마련하고자 지난 15년 김형용(생물정보학 박사과정) 씨와 함께 CTGS 웹 애플리케이션 개발에 박차를 가했다. ▲해당 사진은 CTGS 웹 애플리케이션. CTGS는 유방암 데이터에 대한 접근을 용이하게 했다. (공구 교수 제공) 아형별 표적 유전자를 분석 및 탐색하기 위해 주로 멀티오믹스(multi-omics)자료를 활용한다. 멀티오믹스는 두 개이상의 체(ome)을 이용해 세포, 개체, 집단을 연구하는 체학의 한 분야다. 공 교수는 웹 환경에서 멀티오믹스 자료를 분석하고, 아형별 표적 유전자를 탐색하기 위해 CTGS(Cancer Target Gene Screening) 웹 애플리케이션을 개발했다. CTGS는 METABRIC, TCGA, GEO와 같은 멀티오믹스 자료의 접근성을 높였고, 자료 간의 빠른 계산을 가능하게 했다. 공 교수는 “CTGS를 통해 유방암 특정 아형에 대한 표적 유전자를 쉽게 발견해 치료제를 개발할 수 있다”고 말했다. 또 “CTGS 플랫폼을 통해 다른 암 종류의 데이터 셋에도 적용할 수 있다”고 덧붙였다. IT(정보기술)와 BT(생명공학기술) 간의 융합으로 유방암 치료의 효율성을 높인 것이다. 공 교수는 이번 프로젝트에서 남다른 감회를 느꼈다. 공 교수는 “평생 유방암 연구에 몰두해 수많은 업적을 남겼지만 다른 학문을 융합해 프로젝트를 진행한 것은 처음이였다”며 “지도 학생이 다른 학문을 전공한 터라 어려움이 많았지만, 의미 있는 프로젝트였다”고 말했다. 공 교수는 향후 유방암의 진단과 예방 연구에 주력할 예정이다. 끝으로 공 교수는 “좋아하는 일을 하면 어느샌가 그 분야의 전문가가 되어있을 것”이라고 의미 있는 메시지를 전달했다. “좋아하는 일을 찾아 그 일에 몰두하는 한양인이 되길 바랍니다.” 글/권민정 기자 mj0863@hanyang.ac.kr

2020-07 19 중요기사

[학술][이달의 연구자] 박성욱 교수, 가솔린 자동차에서 배출되는 미세먼지 저감에 기여해

사람들은 흔히 경유 자동차가 미세먼지의 주범이라고 생각한다. 가솔린 자동차도 마찬가지다. 가솔린 자동차의 GDI 엔진에서 배출되는 미세먼지의 양도 상당하다. 박성욱 서울캠퍼스 기계공학부 교수는 가솔린 자동차에서 배출되는 미세먼지의 저감에 관한 연구를 진행하고 있다. ▲ 박성욱 서울캠퍼스 기계공학부 교수의 모습. 박 교수는 자동차 미세먼지 배출을 저감하기 위한 연구를 진행했다. 박 교수는 자동차 엔진의 효율 향상과 자동차로 인한 미세먼지 저감에 대해 연구하고 있다. 박 교수의 이번 연구도 자동차 미세먼지 배출과 관련이 있다. 현재 대부분의 가솔린 엔진은 연료를 연소실 내로 직접 분사하는 GDI(Gasoline Direct Injection) 방식이다. 연소실 내로 분사된 연료 분무의 거동을 ‘Spray behavior’이라고 한다. 이 분무는 연소실 내 주위 공기와 혼합하게 되는데, 이때 발생하는 주위 공기의 유동을 in-cylinder flow라고 한다. 박 교수의 연구에는 이러한 개념들이 중요하게 사용됐다. 박 교수는 약 5년간 이러한 연료분사 전략을 최적화해 GDI 엔진의 미세먼지를 줄이고자 연구를 진행했다. 현대자동차, 현대케피코, 환경부, 산업부 등 여러 기관의 꾸준한 지원 덕분에 안정적으로 연구를 진행할 수 있었다. 박 교수는 해당 연구를 통해 연료를 고압으로 분사할 경우 연소실 내의 유동이 강화되고, 연료 분무의 미립화가 촉진돼 미세먼지가 저감된다는 것을 규명했다. 실제로 관련 기업들은 연료 분사 압력 상승을 활용해 자동차의 연비 향상과 미세먼지 배출 저감을 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다. 그는 연료를 늦게 분사할 경우, 분사 입력이 미세먼지 배출 증가를 야기할 수 있다는 점도 규명했다. 향후 전기자동차, 연료 전기자동차 등의 보급은 증가할 가능성이 높다. 상당 기간 자동차 업계 이익의 대부분은 순수 내연기관 자동차나 하이브리드 자동차 판매를 통해 창출될 것이기 때문에 자동차의 내연기관은 여전히 중요한 연구 분야다. 자동차에서 배출되는 미세먼지를 가장 효과적으로 감소시키는 방법은 내연기관에서의 미세먼지 배출량을 줄이는 것이다. 박 교수는 “미세먼지를 더 감소시키기 위해 앞으로도 내연기관의 연비향상, 배기 배출물 저감에 관한 연구를 꾸준히 진행해 자동차 산업 발전에 기여하고 싶다”고 말했다. ▲박 교수가 김동환(융합기계공학과 4) 씨에게 연구를 설명하고 있다. 이번 연구에서 엔진의 연료혼합기 형성 과정과 화염 전파 과정을 고속 카메라로 촬영했다. 단기통 엔진 구성에 어려움이 많았지만 관련 기업 전문가들과의 협력을 통해 해결할 수 있었다. 박 교수는 연구진에게 감사의 인사를 전했다. “이 연구를 통해 배출된 5명의 우수한 박사가 학계, 산업계, 연구소에서 활발하게 활동하고 있습니다. 연구에 기여한 제자들에게 감사의 말을 전합니다” 글/김수지 기자 charcoal6116@hanyang.ac.kr

2020-07 18 중요기사

[학술][우수R&D] 오규식 교수, 도시 생태계 서비스 통합 유지·관리 기술 개발

도시 생태계는 자연환경과, 이를 터전으로 인간이 생명을 유지하고 활동을 영위하는 인조 환경 모두를 포함한 생태계를 의미한다. 인간은 도시 생태계에서 자원과 에너지를 얻어 제품을 생산하고 소비하며, 폐기물을 발생시킨다. 무분별한 개발과 폐기물로 인해 훼손, 파괴된 도시 생태계는 더 이상 인간에게 유익한 도움을 줄 수 없다. 오규식 도시공학과 교수는 “그간 빠른 경제발전 과정에서 도시공간에 이뤄진 인조 환경의 개발에 비해 자연 생태계의 유지와 관리는 매우 소홀했다”고 말했다. ▲오규식 도시공학과 교수는 지속가능한 도시 조성을 위해 도시 생태계 서비스의 통합 유지·관리 기술 개발 연구를 진행하고 있다. 오 교수는 “도시 생태계는 자연과 인간이 상호 조화를 이루고 혜택을 주고받는 상태를 유지할 때 건강성이 극대화될 수 있다”고 말했다. 그는 도시 생태계 건강성 증진을 위한 다각적 연구를 진행하고 있다. 오 교수는 최근 환경부에 제안한 도시 생태계 건강성 증진 관련 국가 R&D 과제에 선정돼 지난 5월부터 본격적인 연구를 진행하고 있다. 이 연구를 통해 도시 생태계 속 자연 생태계의 건강성을 회복하려 한다. 또 그로부터 인간에게 유익하고 다양한 생태계 서비스를 제공할 수 있는 기술을 개발하고 있다. 연구의 주요 목표는 도시 생태계 통합 유지·관리 기술 개발을 통해 도시 내 개발과 보존이 조화를 이루는 것이다. 해당 연구로 도시 생태계 공간 조성 및 관리 가이드라인이 도출되고, 도시 생태계 건강성 증진 관련 비용-편익 분석모델과 다차원 도시 생태환경 정보시스템이 구축될 예정이다. ▲도시 생태계 통합 관리시스템 예시. 도시생태계를 통합해 관리할 수 있게 하는 것이 이 연구의 목표다. (오규식 교수 제공) 도시공간은 개발을 필연적으로 수반한다. 무분별한 개발은 도시 내 자연 생태계를 파괴한다. 지속가능한 도시 조성을 위해선 개발과 보존이 조화를 이뤄야 한다. 오 교수는 도시 공간 내 어느 곳이 취약 혹은 향상된 생태 공간인지 분석한다. 도시 내 개발사업이 생태 공간을 건강하게 향상하고 유지할 수 있도록 가이드라인도 제시한다. 그는 “이전까지 다뤄졌던 도시 생태계 성능 분석은 전문가 영역에서 다뤄졌다"며 "사용자 친화적인 인터페이스를 통해 비전문가도 쉽고 올바른 의사결정에 이르게 하는 것이 목표”라고 말했다. 이번 연구는 중앙정부, 지자체의 도시계획, 개발업무에 많은 도움이 될 전망이다. 아직 도시 생태계 유지 관리에 관한 제도가 미비하고, 개발 과정 중 도시 생태계 유지 관리에 대한 유용한 가이드라인이 없었기에 이번 연구의 의미가 크다. 오 교수는 “최근 중앙정부나 지자체의 의식 수준이 과거보다 높아져 도시공간을 생태적으로 계획하고 관리하려 한다”고 말했다. ▲오 교수 연구 활용 계획 예시. 오 교수는 "이 연구의 성과에 의해 도시 공간계획에 내실이 가해질 것"이라고 말했다. (오규식 교수 제공) 오 교수는 국토부 주관 국가 R&D 과제도 여러 차례 수행한 경력이 있다. 이번 연구는 환경부에서 주관하기에 더욱 기대가 크다고. 오 교수는 “그간 국토부 과제를 수행한 연구 경험과 자연환경의 보존을 우선적으로 생각하는 환경부의 관점을 조화해 이번 연구를 수행하고 있다”고 말했다. 오 교수는 후학들을 위해 조언을 남겼다. 그는 “오늘날 도시는 많은 요인에 의해 급격히 변화하고 있다”며 “도시공학은 인간을 위한 학문이기에 폭넓은 시야로 변화하는 사회현상을 섭렵하고 다가오는 미래를 능동적으로 준비하는 자세가 필요하다”고 말했다. 덧붙여 “이번 R&D 과제의 수행과정에서 끝까지 초심을 잃지 않고 최종목표를 성공적으로 달성해낼 것”이라며 포부를 밝혔다. 글/박지웅 기자 jiwoong1377@hanyang.ac.kr

2020-06 01

[학술][우수R&D] 김재용 교수, 고압 연구의 새로운 지평 열어

높은 압력과 온도로 탄소는 다이아몬드가 된다. 이렇듯 고압이라는 특별한 상황을 주면 물질은 완전히 새로운 성격을 띠게 된다. 김재용 물리학과 교수는 중국의 고압 연구소와 미국의 카네기 연구소를 한양대에 유치해 초고압 연구의 선두에 서 있다. 고압에서의 물질 변화 연구는 가장 첨단에 있는 과학 분야 중 하나다. 고압 연구는 지구 내부의 압력을 재현해 물질 변화를 관측할 수 있으며, 나아가 상온 초전도체와 같은 공학의 바탕이 될 원천 기술이 된다. 압력은 단위 면적당 받는 힘이다. 시료의 크기를 작게 줄일수록 가해지는 압력은 커진다. 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터는 이 원리로 수십만 기압 이상의 압력을 만들어 연구에 활용한다. ▲김재용 물리학과 교수(오른쪽)가 연구원과 함께 다이아몬드 앤빌 셀의 시료 위치를 바로잡고 있다. 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터는 다이아몬드 앤빌 셀(Diamond anvil cell)을 연구에 이용하고 있다. 다이아몬드 앤빌 셀은 두 다이아몬드 사이에 시료를 놓고 조이는 방식의 압력 장치다. 높은 압력을 가하기 위해서는 가압장치가 해당 압력을 견딜 수 있어야 하기 때문에 다이아몬드를 이용한다. 국내의 압력 연구는 이전까지 개개 연구실별 작은 규모로 수행했다. 체계화되고 조직적인 네트워킹과 정부 지원을 받는 연구소는 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터가 최초다. 연구 센터는 2016년부터 과학기술정보통신부의 지원을 받고 있다. 연구 센터는 중국의 고압 연구소와 미국 카네기 연구소와의 공동 심포지엄과 인력 교류 등 활발한 국제 공동 연구를 수행하고 있다. 수소 에너지 저장 기술은 한양대-HPSTAR-카네기 글로벌 고압 연구센터가 수행한 대표적인 연구다. 압력을 가해 이전까지 실현하지 못한 용량의 수소를 저장하는 데 성공했다. TiZrNi로 구성된 준결정체 합금에 5만 기압을 가했을 때 실온에서 4.2 Wt에 해당하는 수소를 저장했다. 미국 에너지부에서 요구하는 수소자동차 상용화 기준에 가까운 성과이다. 연구 센터는 현재 상온 초전도체 연구를 이어가고 있다. 알칼리 금속과 수소의 고압 반응을 통한 초전도 현상에 집중하고 있다. 김 교수는 “200만 기압에서 일어나는 상온 초전도 현상을 수심만 기압까지 내릴 수 있는 방법을 찾는 것이 단기적 목표”라고 말했다. ▲1/4캐럿 다이아몬드를 단면적 200 마이크로미터 이하 크기로 가공해 시료에 압력을 가하는 다이아몬드압력셀의 모습. 수십마이크로미터 크기의 시료에 백만기압 단위까지 압력을 가할 수 있다. 다이아몬드 앤빌 셀은 미국의 카네기 연구소가 개발해 사용하던 것으로 한양대에 연구소가 유치될 때는 국내에 없던 기술이었다. 김 교수는 “2017년에 중국 고압연구소에서 돌아오는 길에 압력 셀 3개를 얻어왔다”고 얘기했다. 김 교수는 3개의 셀을 국내 업체 3곳에 보내 실측과 제작을 의뢰했다. 그는 “HYU라는 일렬번호가 새겨진 셀을 국내에서 생산할 수 있게 됐고 미국의 연구소도 셀의 정교함을 보며 놀란다”고 밝혔다. 끝으로 김 교수는 "고압관련 연구는 현대과학의 전위(아방가르드) 역할을 하는 좋은 학문 분야"라며 "아직 국내에서 초기단계이니 만큼 젏은 학생들의 도전성을 기대한다"고 말했다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-05 31

[학술][이달의 연구자] 박재우 교수, 광촉매 전하수송층 개발해 광촉매 효율 높이다

촉매는 화학 반응 속도를 높여주는 물질을 말한다. 화학반응의 수율(반응물 대비 생성물의 수)을 높이기 위해 사용된다. 그 중 광촉매는 빛을 받으면 촉매반응을 일으키는 물질로 유해물질을 물과 탄산가스로 변환시켜 무독, 무취의 물질로 분해하는 역할을 한다. 광촉매는 별도의 에너지나 물질 없이 빛을 이용해 유, 무기 화학물질을 분해할 수 있어 효과적인 기술이다. ▲ 박재우 건설환경공학과 교수는 환경 전반에 걸쳐 오염물질을 제어 및 정화하는 다양한 연구를 수행하고 있다. 광촉매 반응은 전자와 정공(전자의 구멍)에 의한 산화 환원 반응을 기본으로 하기에 산화 환원 반응이 관여하는 모든 분야에 적용할 수 있다. 현재 광촉매는 수질 정화, 탈취, 항균 등 환경 분야와 물 분해를 이용한 수소 에너지원 생산에 활용되고 있다. 광촉매 반응은 형성된 전자와 정공이 불안정한 상태이기에 다시 원상태로 돌아가려는 전자-정공 재결합 현상(재결합)이 발생한다. 재결합은 광촉매 반응 활성을 낮추는 주요 원인 중 하나다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 광촉매 개선 연구들이 재결합 억제에 초점을 맞추고 있다. 박재우 건설환경공학과 교수 연구팀은 기존 방법과 다른 전하 전달체 수송 층(Charge carrier transfer layer, CTL)을 이용해 전자를 정공으로부터 분리하는 방법을 개발했다. (Applied Cataltsis B: Environmental, 265, 15 May 2020, 118564) 재결합을 막기 위한 기존 연구는 전자와 정공을 완전히 분리하는 것이 아닌 재결합 경로를 연장해 속도를 늦추는 방법이었다. 이는 수명을 늘릴 수는 있어도 재결합을 근본적으로 막지는 못했다. ▲CTL을 이용한 광촉매의 구조, 광촉매(황색층)에서 발생한 전자는 CTL(녹색층)을 거쳐 전하수집체(청색층)에 축적된다.(Elsevier 제공) CTL을 활용한 광촉매는 크게 3가지 구조로 나뉜다. 빛을 받아 전자-정공 쌍을 형성하는 광촉매, 전자를 선택적으로 이동시키는 CTL, 이동한 전자를 축적하고, 저장하는 전자 수집체다. 여기서 핵심이 되는 CTL은 전자를 수송하면서 정공의 통과는 억제한다. 이로 인해 전자는 광촉매에서 전자 수집체로 이동하며 재결합이 억제된다. 전자는 전자수집체에 정공은 광촉매 표면에 축적된다. 기존 연구와 달리 박 교수 연구팀의 방법은 기존 재결합을 늦추는 것에 그치지 않고 전자 분리 후 역이동을 차단해 재결합을 방지하기에 높은 촉매 반응 활성을 유지할 수 있다. ▲박재우 교수의 연구팀 모습. 박 교수(앞줄 왼쪽에서 세번째)는 "이번 이달의 연구자로 선정된 것은 연구팀의 노력 덕분이다"고 말했다. 박 교수팀의 결과로 촉매 시스템에 CTL이 포함되면 수소의 생성 및 오염물질 분해 가능성이 높아질 수 있음이 밝혀졌다. 박 교수는 “CTL을 이용한 촉매는 가시광선 조사하에서 기존 촉매보다 78% 높은 수소 수율을 보였다”며 “CTL을 이용한 촉매는 환경 분야와 에너지 분야에서 광범위하게 적용할 수 있다”고 말했다. 박 교수는 이달의 연구자로 선정된 것에 “여러 훌륭한 교수님들도 많으신 데 이달의 연구자로 선정돼도 되는지 모르겠다”며 “함께 연구하는 대학원생들의 수많은 고민과 노력이 없었다면 이번 연구 결과도 없을 것”이라고 겸손한 자세를 보였다. 덧붙여 박 교수는 “이번 논문은 파키스탄 국비유학생으로 박사졸업을 앞둔 하산 안와르(Anwer, 건설환경공학과 박사과정) 학생이 주 연구자로서 노력한 결과이며, 하산 학생의 노력에 큰 박수를 보내고 싶다” 고 학생에게 공을 돌리며 소감을 밝혔다. 글/박지웅 기자 jiwoong1377@hanyang.ac.kr

2020-05 04

[학술][이달의 연구자] 곽노균 교수, 물 부족 극복 위한 '전기탈이온 공정' 가시화 성공 (2)

가뭄과 물 부족 현상은 전 세계적으로 인류를 위협하는 문제 중 하나다. 이를 해결하기 위해 다양한 기술 개발과 정책적 시도들이 이루어지고 있다. 그 중 담수화 공정은 풍부한 해수의 염분을 제거해 사용 가능한 물을 생산하는 기술이다. 현재 시장을 점유하고 있는 증발법과 역삼투압법 담수화 공정은 원료인 해수를 무한정 사용할 수 있지만, 화석연료의 사용량과 공장 건설비용이 높아 지속가능성에 대한 문제가 있다. 곽노균 서울캠퍼스 기계공학부 교수는 기존의 공정을 개선하기 위해 전기막 담수화 기술을 연구 중이다. ▲곽노균 서울캠퍼스 기계공학부 교수는 담수화 공정을 개선한 전기막 담수화 기술을 연구 중이다. 전기막 담수화 공정과 전기투석법 전기막 담수화는 염분이 물에 녹으면 (+)전기를 띠는 양이온과 (-)전기를 띠는 음이온으로 나뉘는 것을 이용한 공정이다. 전기막 담수화의 기본 공정인 전기투석법은 전극 사이에 양·음이온을 선택적으로 통과시키는 양·음이온 교환막이 번갈아 배치된 구조를 갖는다. 전극에 전압을 가하면 양이온과 음이온은 각각 음극과 양극으로 끌려가게 된다. 이때, 교환막들은 양이온과 음이온이 각각 한쪽으로만 움직일 수 있도록 제한한다. 이를 통해 염분 이온들을 분리할 수 있고, 담수를 생산할 수 있다. 곽 교수는 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 박사과정 재학 시절 지도교수의 제안으로 전기막 담수화 연구를 시작했다. 지도교수가 나노 채널(10억분의 1m 크기 정도의 통로) 물질(이온, DNA 등)의 특이한 이동 현상이 전기막 담수화 시스템에서 발현될 거란 아이디어를 제공했다. 곽 교수는 실제 나노 채널에서 나타나는 이온 전달 및 유동 현상들이 전기투석법에서도 발생하는 것을 최초로 가시화했다. 현재 기존의 전기막 담수화 장치의 효율을 개선하고, 개선된 담수화 장치를 이용한 음용수, 산업용수, 하수, 폐수 등의 수처리 기술과 새로운 담수화 시스템을 개발 중이다. 개선된 담수화 공정, 전기탈이온 공정 ▲곽 교수는 최근 그의 제자와 함께 전기탈이온 공정을 가시화하는 데 성공했다. 전기투석법은 염분과 같은 이온성 물질을 100% 제거할 수 없다. 이를 보완하기 위해 전기탈이온 공정이 등장했다. 이 공정은 기존 전기투석법의 구조에서 염수가 지나가는 통로에 이온교환수지(이온을 선택적으로 제거할 수 있는 물질)를 넣어 염분의 제거 효율을 높인다. 전기탈이온 공정은 초순수(극도로 정제한 물) 생산에 필수적인 공정이다. 초순수 생산 공정은 최근 반도체 생산 공정에 필요한 전략물자품목으로 지정됐으며, 국내에 원천기술이 없다. 곽 교수와 그의 제자인 박수동(융합기계공학 석사과정) 씨는 전기탈이온 공정 내부를 가시화할 수 있는 기술과 이를 최적화할 수 있는 기술을 연구했다. 현재는 관련 원천기술 및 공정의 확보와 기존 공정의 한계 극복을 목표로 하고 있다. 제자에 대한 애정이 넘치는 신임 교수 ▲ 곽 교수와 그의 제자들. 그들은 연구실에서 다양한 연구 성과를 내고 있다. 곽 교수는 자신을 믿고 따라와 주는 제자들에게 고마움을 표했다. “제가 ‘이달의 연구자’로 선정될 수 있었던 것은 학생이 쓴 첫 논문 덕분입니다. 아무런 레퍼런스나 정보도 없는 상황에서 저를 선택해 열심히 연구해준 덕분에 좋은 성과를 낼 수 있었어요. 이 학생들에게 감사를 표합니다” 글/권민정 기자 mj0863@hanyang.ac.kr

2020-05 04

[학술][우수R&D] 차재혁 교수, 빅데이터 기반 사회과학 연구 플랫폼 개발

차재혁 컴퓨터소프트웨어학부 교수는 사회과학과 데이터 과학을 결합해 사회의 여러 문제를 대응할 수 있는 플랫폼을 개발하고 있다. 플랫폼은 빅데이터를 통한 사회현상 분석과 예측 시뮬레이션을 제공하고 있다. 데이터 과학은 빅데이터를 수집, 분석하고 유용한 결과를 도출하는 학문으로 재정의되고 있다. 데이터 과학이 성공적으로 적용된 분야로 생물 정보학이 있다. 생물 정보학은 공개된 대량의 실험 데이터로 분석 및 시뮬레이션을 가능케 해서 실제 수행해야 할 실험의 횟수를 획기적으로 줄여준다. 이번 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태의 검사키트 개발이 빨리 될 수 있었던 이유도 이 때문이다. 차 교수는 생물 정보학처럼 데이터 과학과 사회과학이 융합한 연구 방법을 실현하고자 한다. ▲ 차재혁 컴퓨터소프트웨어학부 교수는 사회과학자와 데이터 과학자가 함께 연구할 때 매개가 되어줄 플랫폼을 개발하고 있다. 전통적인 사회과학적 연구 방법과 데이터 과학을 융합하는 일은 소통이라는 큰 난관에 가로막혀 있다. 사회과학과 데이터 과학은 학문이 다르므로 종사하는 연구자들이 생각하는 방식과 언어에도 차이가 있다. 차 교수는 데이터 과학을 통한 결과를 공유하는 것과 분석 방법 수정을 위해 소통하는 것 등 상호 교류에서 어려움이 있다는 것에 주목했다. 차 교수는 데이터 과학적 해석을 직관적으로 볼 수 있는 플랫폼 개발을 결심했다. 이번 연구 '초연결사회 위험 관리를 위한 빅데이터 기반 사회 환경 실시간 모니터링/사회 시뮬레이션 시스템'은 플랫폼의 효용성과 가능성을 보기 위해 세 가지 사회 문제에 융합 연구를 적용하며 진행되고 있다. 차 교수는 해당 프로젝트의 총괄 관리와 지원을 맡고 있다. 현재 진행되고 있는 연구는 사회 불안도 체크, 장애인 이동권, 질병 대응책 세 부분으로 모두 전통적인 연구 방식과 눈에 띄는 차이를 내고 있다. 데이터 과학과 사회과학의 융합 연구 방식은 상호보완적으로 이뤄진다. 빅데이터를 통한 예측 모델은 전통적인 사회 조사 방식으로는 활용할 수 없던 지표까지 사용할 수 있다. 이를테면 생물 정보학의 등장으로 새로운 유형의 생체 빅데이터도 수집, 분석 가능해져 신속한 치료제 개발에 도움을 주고 있는 것과 같다. 사람 피부에서 나타나는 생체 데이터도 분석 대상이 됐다. 데이터 과학은 이용하는 지표의 범주가 넓어 기존에 몰랐던 사회현상의 상관관계를 도출해낼 수 있다. 반면 ‘두 사회현상 간의 강한 상관관계가 있다’까지만 유추할 수 있고 인과관계를 밝혀내지는 못한다. 이때 사회과학 연구의 차례가 돌아온다. 사회과학 연구방식은 실험과 분석으로 뚜렷한 인과관계를 알아내는 것에 강점을 가진다. ▲ 차 교수는 융합연구를 원하는 연구자들이 빅데이터에 쉽게 접근할 수 있도록 플랫폼을 공개할 예정이다. 차 교수는 융합연구 방식이 필요한 누구든 플랫폼을 이용할 수 있게 공개할 예정이다. 플랫폼을 구축한 이유이기도 하다. 플랫폼(클릭 시 이동)에서 열람 신청을 하면 사회현상에 대한 빅데이터를 시각적으로 제공받을 수 있다. 차 교수는 플랫폼 개발 외 사회과학과 데이터 과학의 융합을 위한 또 다른 목표가 있다. 그는 “플랫폼이 중간에서 매개해준다고 해도 사회과학 연구자와 데이터 과학 연구자는 서로의 생각을 완벽히 이해할 수 없다”며 한 사람이 두 분야의 지식을 모두 가진 융합인재의 필요성을 말했다. 차 교수는 컴퓨테이셔널사회과학과를 대학원에 신설해 융합연구자를 양성하고자 한다. 차 교수는 “분업형이 아닌 실질적 융합이 필요한 문제가 많이 존재한다”고 덧붙였다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-04 06

[학술][우수R&D] 김용균 교수, 국내 최초 물성과학연구용 μSR 제작 (1)

μSR(Muon spin rotation/relaxation/resonance)은 소재에 대한 물성을 파악할 수 있게 해준다. 사람의 몸속 상태를 살펴보는 X선 촬영(X-ray)에 μSR를 비유할 수 있다. 김용균 원자력공학과 교수팀은 국내 최초로 μSR 시설을 설계 및 제작한다. μSR은 뮤온을 생성해 소재에 주입한 후 스핀 로테이션을 이용해 물성을 측정하는 장치다. 뮤온은 아주 작은 입자로 물질 속의 전자를 대체할 수 있다. 전자는 핵 주위를 돌며 위, 아래 두 방향 중 하나로 회전한다. 뮤온은 불안정하기 때문에 짧은 시간 안에 붕괴한다. μSR의 원리는 물질에 들어간 뮤온이 위, 아래 중 하나로 회전하다가 붕괴할 때의 전자기장 변화를 측정해 초전도성과 자성 등을 파악하는 것이다. ▲김용균 원자력공학과 교수 연구팀은 한국형 중이온 가속기(라온, RAON)의 부속 시설인 μSR의 설계와 제작을 담당하고 있다. 김 교수의 이번 연구는 한국형 중이온 가속기(라온, RAON) 프로젝트의 일부다. 중이온 가속기는 양성자부터 우라늄 등 모든 원자핵을 가속할 수 있는 입자가속기다. 라온은 한국 최초의 거대 중이온 가속기 이름이자 제작 프로젝트의 이름이다. 현재 세계적으로 가동 중인 거대 중이온 가속기는 4개뿐이다. 김 교수는 어떤 연구시설이 필요한지, 어떻게 만들 것인지 등 라온의 초기 설계 계획을 세우는 일을 담당했다. 대부분의 제작은 기초과학연구원(IBS)이 직접 수행하고 몇 가지 시설만 외부에 위탁했다 김 교수팀은 국내 기존에 없던 연구시설 μSR을 위탁 받았다. 중이온 가속기는 기초과학연구에서 매우 중요한 역할을 한다. 우주를 이루는 원소들의 조성비와 생성 원리를 규명하는 게 주된 목적이다. 한편 μSR은 개발된 신소재나 인공 원소의 특성을 파악하는 역할을 수행한다. 라온 건설은 한국의 기초과학 분야 뿐만 아니라 우리의 실생활에 직접적인 영향을 줄 공학의 발전에도 큰 역할을 할 것으로 전망된다. 라온의 완공은 오는 2021년을 목표하고 있다. ▲ μSR의 전체적인 구성도. 입자가속기 끝단에서 양성자를 μSR시설로 받아낸다. (김용균 교수 제공) 많은 나라가 한국의 중이온 가속기 개발 소식을 들었을 때 믿지 않았다. 김용균 교수는 “한국이 해낼 능력이 있을 것 같지 않고, 어차피 타국에 도움을 요청하리라 생각한 것 같다”고 말했다. 하지만 한국은 라온에 필요한 기술의 상당 부분을 직접 개발하고 현재 존재하는 다른 중이온 가속기보다 뛰어난 성능을 갖춰가고 있다. 김 교수는 “라온을 개발하면서 한국의 전체적인 과학 수준이 올라갔다”며 “작년부터는 현장 시설을 참고하겠다고 외국에 요청하면 되레 반기는 분위기다”고 밝혔다. 그는 시설이 완공되면 해외 연구자들도 많이 사용하러 오길 바란다고 말했다. 중이온 가속기는 핵을 충돌시키기 때문에 시설의 설계에 방사선 안전 분야가 필요하고 실험 장비 신호 측정에는 방사선 계측이 들어간다. 라온과 μSR의 제작은 단순히 핵·입자물리학 혹은 원자력공학 하나의 지식만으로는 불가능하다. 김용균 교수는 핵물리학을 전공하고 원자력공학과 교수로 재직 중이다. 시설의 전체를 조감하는 데에 반드시 필요하다. 김 교수는 “자기 전공에만 머물지 않고 항상 여러 분야에 도전하고 노력하는 것이 필요한 것 같다”고 얘기했다. 그는 이어 “라온은 중이온 가속기지만 생명과학과 화학을 하는 사람도 다 쓸 수 있는 시설”이라며 “신기술에 관심을 두고 자신의 분야와 융합하려는 생각이 중요하다”고 말했다. 글 / 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr

2020-03 30

[학술][이달의 연구자] 이상훈 교수, 파킨슨병 발병 새로운 원인 발견하다

이상훈 의학과 교수가 파킨슨병 진단 및 치료의 또 다른 가능성을 열었다. 유전체 문제로 인해 파킨슨병이 발병할 수 있음을 알아냈다. Lin28A 유전체에 돌연변이가 생기면 파킨슨병이 발생할 수 있다. 유전체를 고려한 파킨슨병 치료제 개발에도 도움이 될 전망이다. ▲파킨슨병 발병과 관련한 새 유전자를 발견, 파킨슨병 진단과 치료의 다른 가능성을 연 이상훈 의학과 교수가 인터뷰를 하고 있다. 파킨슨병은 중뇌 부분에서 분비되는 도파민 신경세포가 손상 및 사멸되어 각종 운동 장애를 주소하는 퇴행성 뇌 신경질환이다. 대체로 환자의 연령이 높기 때문에 의학계에선 해당 퇴행성질환의 주요 원인을 나이로 여겼다. 예외의 경우가 등장했다. 젊은 나이에 파킨슨병에 걸리는 환자도 종종 발견됐고 해당 경우엔 병인을 설명할 수 없었다. 이상훈 교수는 중뇌 도파민 신경세포 발생과정에 작용하는 Lin28a 유전자가 제대로 작동하지 못할 때 쉽게 파킨슨병에 걸릴 수 있음을 알아냈다. 이 교수는 “연구 결과를 통해 나이뿐만 아니라 뇌 발생과 발달과정의 이상도 파킨슨병 발병의 중요한 요인이 될 수 있다”고 말했다. 이상훈 교수의 이번 연구는 파킨슨병으로 고생하는 제자의 질병 원인을 알아냈다는 점에서 뜻깊다. 이 교수의 제자인 이현섭 박사는 26살이라는 젊은 나이에 파킨슨병이 발병했다. 이현섭 박사는 본인의 질병 원인 및 치료법을 연구하고자 이상훈 교수 연구실 박사과정에 입학했고, 학위취득 후 현재는 서울대병원 유전체센터에서 일하고 있다. 이상훈 교수는 Lin28a 기능 이상이 파킨슨병 원인일 수 있다는 가설을 세우고 연구를 진행했다. 우연히 유전체 분석을 통해 이현섭 박사 세포에 Lin28a유전자 돌연변이가 있음을 발견했다. 이상훈 교수 연구팀은 이현섭 박사의 피부조직을 떼어 역분화 줄기세포(우리 몸의 모든 장기로 자랄 수 있게 만든 세포)를 만들고, 도파민 신경세포(파킨슨병 관련 세포)로 분화시켰다. 분화된 도파민 신경세포에서 파킨슨병 관련 각종 병리 현상이 발견됐다. ‘CRISPR-CAS9’ 교정기법이라는 새로운 유전자 교정기법을 이용해 Lin28a 유전자 돌연변이를 교정했을 때, 파킨슨병 관련 현상이 사라짐을 관찰했다. Lin28a 돌연변이가 이현섭 박사 질병의 원인임을 알아냈다. ▲이상훈 교수는 연구 결과의 실용성을 높이기 위해 노력할 예정이다. 연구 과정에 어려움도 있었다. 현재까지 Lin28a 유전자 변이로 파킨슨병에 걸리는 유형이 극소수라 통계적 의미를 중요하게 생각하는 집단 유전학 분야에서 인정받는 게 쉽지 않았다. 이상훈 교수는 포기하지 않고 도전을 이어갔고 그 성과를 인정받았다. 본 연구는 이현섭 박사와 공동교신저자로 세계적인 저널인 EMBO JOURNAL에 게재된 상태다. 파킨슨병에 대한 새로운 접근이 빛을 발했다. 이상훈 교수는 지금까지 연구 성과를 상업화 및 임상에 적용하고자 노력하고 있다. 그는 “지금까지의 연구 결과를 실용적으로 접근하는 것이 필요하다”며 “치료제 개발에 힘쓰기 위해 상업화를 결심했다”고 밝혔다. 이 교수는 줄기세포 치료, 유전자를 통한 파킨슨병 치료 등 몇몇 기업과 여러 방면에서 협업할 계획이다. 전망 가능성을 생각해 인도네시아 다국적 기업인 ‘Kalbe’와도 함께 일하고 있다. 이상훈 교수는 또 “후학양성에도 힘쓰고 싶다”며 “나를 믿고 따라준 학생들에 대한 책임을 다하고 싶다”고 말했다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr

2020-02 25

[학술][이달의 연구자] 채필석 교수, 질병 치료에 중요한 새 양친매성 분자 TEMs 개발

막 단백질은 다양한 질병과 직·간접적으로 연결돼있어 질병 치료에 중요한 역할을 한다. 채필석 ERICA캠퍼스 생명나노공학과 교수는 막 단백질의 안정화 특성이 뛰어난 양친매성 분자 친수성기와 소수성기가 이 중심구조의 양옆에 연결된 양친매성 분자들(TEMs)을 개발했다. TEMs는 1,3,5-triazene(3개의 수소 원자, 3개의 탄소 원자, 3개의 질소 원자로 구성된 분자구조) 기반의 분자 구조를 중심 구조로 갖고 있다. ▲채필석 ERICA캠퍼스 생명나노공학과 교수가 막 단백질 연구와 양친매성 분자 개발에 대해 설명하고 있다. 세포는 세포막으로 둘러싸여 있다. 세포의 원활한 활동과 생명 유지를 위해선 세포 안과 밖의 정보, 신호, 물질 교환이 원활해야 한다. 세포의 안과 밖을 연결해 소통의 창의 역할을 하는 것이 세포막 내에 있는 막 단백질이다. 막 단백질은 세포 활동의 핵심적 역할을 하며 다양한 질병과 직간접적으로 연결돼있다. 약물이 막 단백질 표면에 있는 결합 자리에 닿으면 해당 단백질의 기능을 조절해 질병을 치료한다. 신종플루에 걸렸을 때 먹는 항바이러스제인 타미플루가 예다. 특정 질병 관련 막 단백질에 결합하는 약물 분자를 개발하기 위해선 단백질의 3차원 구조를 원자 수준으로 알아내는 것이 중요하다. 막 단백질의 표면에는 결합자리가 존재한다. 해당 결합자리의 3차원 구조를 정확히 파악하면 여기에 결합하는 약물의 구조를 쉽게 설계할 수 있다. 막 단백질은 세포막에 존재하기 때문에 구조가 쉽게 무너지는 경향이 있다. 3차원 구조를 규명하기 까다로움을 뜻한다. 수용액상에도 막 단백질의 변성 및 응집을 막을 수 있다면 막 단백질 구조 연구는 훨씬 수월해진다. 해당 기능을 하는 분자가 바로 양친매성 분자다. 친수성기(물과 친화성이 강한 원자단)와 소수성기(기름과 친화성이 강한 무극성 원자단)를 지닌 양친매성 분자는 막 단백질 구조 연구의 열쇠 역할을 한다. 전통적인 양친매성 분자는 한계를 보였다. 수용액상에서 막 단백질의 구조를 안정화하는 데에 어려움을 겪었다. 많은 연구자는 새로운 종류의 양친매성 분자를 개발했고 대표적인 분자가 채 교수가 개발한 LMNG와 GDN이다. 채 교수는 이번 연구를 통해 본래 우수한 분자인 LMNG보다 막 단백질 안정화 특성이 더 뛰어난 TEMs 분자를 개발했다. ▲ 채필석(왼쪽에서 네번째) 교수는 막 단백질 연구를 위한 양친매성 분자를 지속해서 개발할 계획이다. 채 교수는 1,3,5-triazene을 중심구조로 하고 TEMs를 설계 및 합성했다. 1,3,5-triazene라는 중심 구조가 눈에 띈다. 1,3,5-triazene는 육각형 고리에 3개의 반응 자리가 있고 반응 자리의 반응성이 모두 다르다. 다양한 치환체를 원하는 위치에 집적해 연결하기 용이한 구조로 되어 있다. 채 교수는 해당 구조의 구조적·반응적 장점을 이용해 새로운 기능을 갖는 화학 분자를 개발했다. 채 교수의 이번 개발은 막 단백질 연구자들에게 직접적으로 도움을 준다. TEMs 분자가 연구용으로 개발됐기 때문이다. 막 단백질 연구자들은 TEMs를 사용해 질병을 치료하는데 중요한 막 단백질의 3차원 구조를 규명할 수 있다. 신약 개발자들은 해당 구조를 바탕으로 관련 질병을 치료하는 신약 개발이 가능하다. 채 교수는 “새로운 양친매성 분자의 개발, 새로운 막 단백질 구조 규명, 질병 치료 신약 개발이라는 단계별 과정이 완성돼야 실생활에 도움이 된다”며 “양친매성 분자 개발 연구는 모든 연구의 초석을 마련하는 것”이라고 말했다. 채 교수의 연구는 계속된다. 채 교수는 막 단백질 구조규명에 기여할 새로운 종류의 양친매성 분자를 지속해서 개발할 예정이다. 지금까지의 연구 방향에서 탈피해 색다른 접근 방법을 활용할 생각이다. 그는 수용액상에서 막 단백질의 안정성을 극대화할 수 있는 시스템을 구현하려 한다. 또 많은 막 단백질 연구자들이 사용할 수 있도록 양친매성 분자의 국제 특허등록과 기술 이전을 추진하고자 한다. 글/ 정연 기자 cky6279@hanyang.ac.kr

2020-02 17

[학술][우수R&D] 김한수 교수, 성층권에서 사용 가능한 무인 항공기 이차 전지 개발 도전

김한수 공과대학 에너지공학과 교수가 성층권에서 운항할 무인 항공기의 배터리 개발을 시작한다. 김 교수는 국방 미래도전기술의 한 과제로 ‘황화물계 전고체 기반 무음극 고에너지 밀도 2차전지 시스템’을 진행 중이다. 국방과학연구소는 성층권에서 운항할 수 있는 무인 비행기를 개발 중이다. 성층권은 구름과 비바람 같은 날씨 제약을 받지 않는 곳으로 무인 비행기가 장시간 머물 수 있다. 무인 항공기가 연료 공급을 위한 착륙 없이 계속 비행한다면 전파 교신과 항공 촬영 등 적은 비용으로 인공위성의 역할도 대신할 수 있다. 이 때문에 현재 전 세계가 성층권 드론 운용 기술을 개발하고 있다. ▲ 김한수 에너지공학과 교수가 개발에 착수한 무인 항공기 배터리를 설명하고 있다. 김 교수는 무인 항공기의 연료인 배터리에 대한 기술 개발을 지난달 착수했다. 성층권 무인기는 낮에 태양전지로 전기를 공급받고 밤에는 낮에 비축한 전기를 이차 전지에서 공급받도록 설계될 예정이다. 이차 전지란 충전해서 재사용이 가능한 전지를 일컬으며 휴대 전화, 노트북에 사용되고 있다. 최근 전기자동차용 전지와 대체에너지의 저장 플랜트 등 반도체 못지않은 주력산업으로 주목받고 있다. 이번 연구는 두 가지 난관을 해결해야 한다. 영하 70도인 성층권의 극한 환경에서도 잘 작동해야 하며, 일몰 이후부터 해가 뜰 때까지 충전 없이 장시간 운전 가능해야 한다. 휴대 전화가 겨울이 되면 곧잘 꺼지고 금방 방전되는 것을 생각하면 도전적인 과제임을 알 수 있다. 액체 전해질을 사용하는 기존 이차 전지로는 이 문제를 해결할 수 없다. 김 교수는 고체 전해질을 이용하는 전고체 전지를 활용할 계획이다. 전고체 전지는 액체 전해질 전지보다 작동 온도 범위가 넓은 것이 특징이다. 반면 전고체 전지의 에너지 밀도는 기존 이차 전지에 비해 낮아 고밀도화를 이뤄내야 한다. 이를 위해 배터리의 전극 물질로 에너지 밀도가 높은 금속을 사용하면 된다. 지구상 존재하는 원소 중 가장 에너지 밀도가 높은 리튬을 음극으로 배치하면 되지만 연소 위험이 커서 비행기에 사용할 수 없다. 김 교수는 무음극화를 통해 해결할 계획이라고 밝혔다. ▲ 김한수 교수는 "개발 중인 극저온 구동 전지 기술이 훗날 실생활에서도 사용되길 바란다"고 전했다. 김 교수의 이번 연구가 성공하면 450Wh/kg의 에너지 밀도를 지닌 극저온 구동 전지가 개발된다. 김 교수는 “지금은 개발의 성공 여부가 중요하다"며 "하지만 훗날 이 기술이 상용화돼 실생활에서도 도움이 된다면 좋겠다”고 바람을 말했다. 그는 이어 “군용과 다르게 민간용은 대량생산이 가능하도록 조정해야 한다”며 이번 연구 과제 이후의 계획을 전했다. 글/ 김현섭 기자 swiken1@hanyang.ac.kr