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    (연구자인터뷰)

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    • 최만수 교수
      나노기술을 접목한 신재생 에너기 기술 융합 연구
      최만수 교수(서울대학교 기계항공공학부)
      이메일:mchoi at snu.ac.kr
      장소:서면인터뷰
      1688 1 18

    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!

    지금까지 신재생 에너지에 많은 관심을 갖고 여러 연구가 진행되고 있지만 실제로 자연 상태의 에너지원을 충분히 활용하지 못하고 있다고 합니다. 현재 기술로는 최대 20% 효율만 보이고 있다는데요.
    빠르게 발전하는 나노기술을 이용해 정밀한 소자와 시스템을 개발하고, 이미 발명해낸 모범적인 자연구조와 방법을 모방함으로 신재생에너지 시스템을 갖추는 게 무엇보다 중요하다고 합니다.

    이번 서면인터뷰에서 만나 보실 분은 미래창조과학부가 추진하고 있는 글로벌 프론티어 사업 중 ‘멀티스케일에너지시스템 연구단’을 이끌고 있는 서울대학교 최만수 교수님이신데요. 효율성 높은 에너지생산시스템 구현에 대한 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.


    1. 멀티스케일 에너지 시스템 연구단에 대해 간단한 소개 부탁드립니다.

    깨끗하고, 풍요롭고, 안전하고, 건강한 삶을 위해서는 현재 우리가 당면하고 있는 에너지 문제를 해결해 줄 청정 미래 에너지 솔루션을 찾아야만 합니다. 언젠가 고갈될 화석연료를 절약하고 대체하기 위한 수단으로 신재생에너지를 이용하는 연구가 이미 전 세계적으로 광범위하게 이루어지고 있지만, 현재 신재생에너지 시스템의 기술 수준은 화석연료를 사용하는 기존 에너지시스템에 비하여 경쟁력이 떨어지는 것이 사실입니다. 따라서, 혁신적인 신재생 에너지 원천 기술 개발이 시급하며 이를 위해서 기존 기술의 한계를 뛰어 넘는 새로운 패러다임의 기술 개발이 요구되고 있습니다.

    이에 멀티스케일 접근 방식을 에너지 시스템에 적용하여 신개념 태양전지, 신개념 연료전지 등 청정 고효율 멀티스케일 미래 에너지 시스템 원천기술을 확보하고자 교육과학기술부(현재 미래창조과학부) 글로벌프론티어사업의 일환으로 2011년 9월 재단법인 멀티스케일 에너지 시스템 연구단이 출범되었습니다. 본 연구단은 ‘화석연료를 대체할 수 있는 광 및 분자에너지를 이용한 혁신적인 청정 고효율 멀티스케일 미래 에너지 시스템 원천기술 개발’을 목표로 연구개발을 추진하고 있습니다. 실질적인 융합연구가 이루어 질 수 있도록 공학과 자연과학을 망라하는 다양한 전공분야에서 관련 연구를 수행하고 있는 전문가들로 연구팀을 구성하였으며 서울대를 중심으로 KAIST, UNIST, 성균관대, 서강대, 피츠버그대 등 국내외 13개 대학교와 한국화학연구원, KIST, 한국기계연구원 등 3개 연구소에서 연간 370여명의 연구원이 참여하고 있습니다.


    2. 2011년 부터 사업이 시작된걸로 알고 있습니다.  연구단의 추진배경 및 주요과제에 대해 말씀해주세요.

    글로벌 에너지 수요증가에 따른 에너지 부족이 심화될 것으로 전망됩니다. 또한, 해외 에너지 의존도가 높아 향후에도 지속적인 자원부족현상으로 안정적 국가경제성장에 걸림돌이 될 것으로 전망되어 청정하고 안전한 신재생 에너지 자원 확보를 위한 다각적 노력이 필요합니다. 따라서 저가·고효율 신재생 에너지 실현을 위한 패러다임 전환형 멀티스케일 미래에너지 시스템 원천기술 확보가 필요하게 되었습니다.

    우리 연구단은 2011년 출범이래 현재 3단계 연구에 진입하였으며, 화석연료와 경쟁 또는 대체 가능한 신재생에너지의 적용확대를 위한 기술혁신을 목표로 나노/마이크로/매크로 멀티스케일 구조체 기술을 적용한 광 및 분자에너지 기반 에너지 변환시스템의 성능향상을 위하여, 3차원 병렬 조립 대면적화 및 집중형 융합연구를 추진하는 핵심 1과제인 ‘집중형 융합연구 및 멀티스케일 아키텍쳐링 기술’을 기반으로, 태양전지 및 연료전지 성능 혁신에 기여 가능한 핵심 2과제 ‘광 에너지 융합시스템’ 및 핵심 3과제 ‘분자에너지 융합시스템’ 원천 기술을 개발하고 있습니다.

    본 연구단은 지난 1, 2단계 5년여 동안 다음과 같은 연구성과를 도출하였습니다.

    첫째 차세대 태양전지로 연구개발이 활발히 추진되고 있는 페로브스카이트 태양전지의 공인 효율 세계 최고 기록을 2013년부터 현재까지 4번 갱신하여 NREL(미국 에너지부 산하의 국립 재생에너지 연구소) 세계 공인 효율 기록 차트에 연속 등재될 정도로 전 세계 관련 연구를 선도하고 있으며 현재 22.1 %로 세계 최고 공인 효율 기록 보유하고 있고 효율 갱신에 따른 소자구조-소재-공정에 대한 원천 기술 특허를 확보하였습니다.

    둘째 차세대 연료전지에 대한연구개발 성과로는 멀티스케일 접근 방식으로 박막 고체산화물 연료전지(SOFC) 플랫폼을 구현함으로써 구조혁신을 통한 저온 작동 박막 SOFC의 고성능과 고안정성을 동시에 획득할 수 있었으며, 셋째로 세계 최초로 멀티스케일 고분자 전해질막을 개발하여 수소이온 전도 향상 및 전기화학적 유효표면적 증가를 이끌어 냄과 동시에 고분자 전해질 막의 크립거동을 이용하여 비대칭 계층 구조를 새김으로써, 물 배출 향상을 통한 물질전달 저항감소를 이루어냄으로써 기존 성능 대비 ~42.3% 성능 증가를 달성한 세계 최고 수준 고성능 수소연료전지 기술을 개발하였습니다.

    앞으로 남은 4년간은 그동안 창출된 연구성과를 사업화할 수 있도록 내구성 확보라든지 대면화와 같은 상용화에 필요한 기술개발에 집중하고자 합니다.




    3. 본 연구를 통해 얻고자 하는 기대효과에 대해 말씀해주세요.

    연구단은 ‘화석연료를 대체할 수 있는 광 및 분자에너지를 이용한 혁신적인 청정 고효율 멀티스케일 미래 에너지 시스템 원천기술 개발’을 목표로 고효율, 저가, 청정 미래 에너지 시스템의 원천기술을 확보하여 세계 과학기술 발전을 선도하고 국가 미래 경쟁력을 확보하고자 합니다.

    분산발전용 및 개인 휴대용 전원공급원 등으로 경제적 파급효과가 매우 클 것이며 우리나라의 해외 에너지 의존도(현재 97%)를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 신재생에너지 신산업 창출을 통해 국제 경쟁력 있는 미래성장 동력확보가 기대됩니다.

    앞에서 말씀드린 연구성과가 상용화되면 화석연료 대체 가능한 미래 태양전지 및 연료전지 원천기술을 개발하게 됨으로써 해외 에너지 의존도를 대폭 낮출 수 있을 뿐 아니라 신재생에너지 신산업 창출을 통해 국제 경쟁력이 있는 미래성장 동력을 확보할 수 있을 것으로 기대됩니다. 더 나가서 멀티스케일 에너지 시스템이라는 새로운 과학기술의 트렌드를 세계적으로 정립하여 우리나라가 에너지 분야의 과학 기술을 선도할 것을 기대합니다.


    4. 자동차, 항공우주, 식품 산업, 의료, 안전 분야 등에서 가스를 감지하는 기술의 수요가 점점 늘어나고 있는데요. 나노입자 제조 기술를 통해 가스누출센서로 적극 활용이 되고 있다고 하는데요. 특히 어떤 분야에서 활용되어지고 있는지 궁금합니다.

    국내의 센서 기술수준은 선진국 대비 65% 수준이며 세계시장 점유율은 2% 미만으로 세계적 선도 그룹과 격차가 큰 분야입니다. 본 연구단에서 개발한 나노 입자 조립을 이용한 3차원 가스센서 개발은 우리가 세계를 선도할 수 있다는 자신감을 갖게 하는 성과입니다.

    우리는 수 나노미터 크기의 나노 입자를 제조하고 3차원 조립 기술을 개발하여 가스 센서에 적용함으로써 센서의 소형화와 집적화가 가능하게 되었으며 표면적을 증가시켜 감지 성능을 크게 향상시켰습니다.

    또한 나노크랙을 이용한 인장 및 진동센서를 개발하였는데 현재 세계 최고수준의 감도를 나타내고 있습니다. 이 센서는 인공피부, 음성인식, 미세 압력 측정 그리고 투명 압력센서로의 응요이 가능합니다.
     




    5. 나노물질의 위험성에 관한 이야기도 많은데, 연구하면서 실험실 안전에 대해서는 어떻게 조심하고 계신지 궁금합니다.

    멀티스케일 아키텍쳐링 실험실 내의 위험요소는 나노 물질 흡입 뿐만 아니라 고전압 장비 사용, 고압 gas, 인화성 기체, 저준위 방사능 장비, 유해 화학물질 사용 등 여러 위험요소가 상존하고 있습니다.

    이같은 위험 요소에 대하여 실험실 구성원의 안전을 확보하기 위한 대책으로 모든 고전압 장비의 접지 설치 및 취급시 내고압 장갑 착용을 의무화 하고 있으며, 나노입자 관련 실험 시 전용 배기 장비 연결 및 가동을 실시하여 나노입자 흡입에 따른 잠재적 피해를 예방하고 있습니다. 보관하고 있는 고압 gas 실린더는 보관용 거치대를 설치하고 실린더를 거치대에 안전하게 고정하여 사용을 일상화 하고 있습니다.

    인화성 기체에 의한 피해를 방지하기 위해 역화방지기와 가스 누출 감지기, 화재 감지기를 설치하였으며 유해 화학물질은 환기용 팬과 에어 커튼이 장착된 후드 안에서만 취급을 가능하게 하고, 사용한 화학물질은 반드시 유기와 산성에 따라 분리하여 서울대 환경안전원에 신고 후 폐기하고 있습니다.

    또한 실험실 내 위급상황 발생 시 빠른 대처를 위해 단독 실험을 금지하고 한 실험실 내 동시에 2인 이상이 의무적으로 실험에 참여하도록 하였고 장비의 안전 관리를 위하여 주요 실험장비는 담당 책임자를 선정하여 철저한 관리체계를 구축하였습니다.

    연구단 내 전 연구원이 환경안전원 교육을 받고, 인증 획득한 자에 한해 실험실 출입 및 실험 참여가 가능하게 하고, 매년 상·하반기마다 환경안전원에서 실시하는 실험실 안전진단과 정밀기계설계공동연구소 환경안전 담당자의 실험실 자체 안전 진단을 매월 받음으로써 우리의 안전 상태를 주기적으로 체크함과 동시에 저준위 방사성 물질 취급자는 연 1회 방사능 취급자 안전교육을 의무적으로 받도록 관리하고 있습니다. 또한 연구단 소속 환경안전 전담 관리자가 매일 실험실과 장비에 대하여 안전점검을 하고 있습니다.


    6. 앞으로의 연구단에서 계획 중인 나노 연구나 목표가 있으시다면 말씀 부탁드립니다.

    연구단의 최종목표는 멀티스케일 접근 방식을 신재생 에너지 시스템에 적용하여 기존 화석연료 에너지 시스템과 경쟁할 수 있는 신개념 광에너지, 분자에너지의 청정 고효율 미래 에너지 시스템 원천기술을 개발하는 것입니다. 3단계 진입한 현재, 1, 2단계 연구를 통하여 축적된 핵심기반 및 기초원천 기술 핵심기반 기술역량을 바탕으로 멀티스케일 광에너지 및 분자에너지 시스템의 고도화기술 개발을 목표로 차세대 태양전지 및 연료전지 사업화기술 및 원천연구에 연구역량을 집중하고자 합니다.

    우리 연구단은 앞으로 페로브스카이트 태양전지 기술, 저온 작동 박막 고체산화물 연료전지 기술, 멀티스케일 고분자전해질막 연료전지 기술을 중심으로 원천기술 및 상용화기술 개발에 전력할 계획입니다. 지난 6월 연구단은 ㈜프런티어에너지솔루션 기업을 창업했습니다. 그동안 이룩한 에너지시스템관련 세계적인 성과를 상용화시켜 청정하고 안전한 값싼 에너지로 우리 사회에 기여하고자 창업기업과 연구단이 힘을 모아 연구개발에 박차를 가하고 있습니다.



     

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    전체댓글 18

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    |2017.02.21
    좋은 내용 감사합니다
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    |2017.02.20
    모든 산업에서의 나노화가 실용학문이 되고 있는 것 같습니다...연구동향집 신청 댓글도 함께합니다...^^)
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    |2017.02.20
    항공우주 공학쪽을 배우고 있는 대학생 입니다. 정보알려 주셔서 감사합니다. 저도 친환경을 중시하고있어서 잘 읽었습니다.
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    |2017.02.20
    좋은 내용 감사합니다.
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    |2017.02.20
    뛰어난 연구 성과입니다. 쉼 없는 노력의 결과로 생각됩니다.
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    |2017.02.20
    잘읽고 갑니다. 좋은 성과 이루시길 기원합니다.
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    |2016.12.30
    잘읽었습니다. 좋은 성과 이루시길 기원합니다.
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    |2016.12.30
    나노 물질의 인체에 대한 유해성을 알 수 없기에 항상 조심해야 합니다! 세계 최고수준 감도의 센서라니.. 좋은 성과를 내고 있는것 같아 기대가 됩니다.
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    |2016.12.29
    글 잘 읽었습니다. 멀티스케일 에너지 시스템 조금 생소한 분야군요. 앞으로 연구하시는 분야에서 좋은 성과를 기원 드리며 관심있게 지켜 보겠습니다.
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    |2016.12.27
    역시 기술만이 진정한 해결책을 제시해줄 수 있습니다. 앞으로의 도전도 응원하겠습니다.
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    |2016.12.22
    잘 읽었습니다. micro grid에 대한 관심을 갖고 있기에 교수님의 연구에도 관심을 많이 갖고 있습니다.
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    |2016.12.21
    환경에 대해 관심이 많아서 더욱 기대되네요. 앞으로도 좋은 연구 활동을 통해, 좋은 결실 많이 공유 부탁드립니다.
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    |2016.12.21
    잘읽고 갑니다. 감사합니다
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    |2016.12.21
    깨끗한 미래를 바라는 사람으로서 응원합니다!
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    |2016.12.20
    좋은 성과 이루시길 기원합니다.
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    |2016.12.20
    좋은 성과 이루시길 기원합니다.
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    |2016.12.19
    좋은 연구성과로 친환경 미래를 이끌어 나갔으면 좋겠습니다
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    |2016.12.14
    좋은성과 이루시길 기원합니다.
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