기초과학연구원(IBS)은 출범 5년차 7개 연구단에 대한 성과평가를 실시한 결과, 과학적 수월성이 세계적 수준이며 연구 영역을 이끄는 세계적 리더로 인정받는 등 연구단 구축이 성공적으로 이루어지고 있다고 27일 밝혔다. IBS는 장기적인 연구가 필요한 기초과학 특성에 맞게 연구 착수 5년후 평가를 실시한다. 정량적 평가가 아닌 질적 평가 수행을 위해 각 연구 분야의 국내외 석학들을 중심으로 연구단별 평가단을 구성한다. 평가 후, 과학적 수월성뿐만 아니라 국내외 연구그룹과의 협력 등 집단연구의 시너지 효과, 연구단 운영(인프라 구축 및 활용, 신진 연구자 유치.육성 등)을 종합적으로 고려해 6단계 등급을 부여한다. 성과평가 결과, 대부분의 연구단 과학적 수월성은 세계적 수준으로, 특히 일부 연구단은 세계 Top 수준에 있거나 독일 막스플랑크협회(MPG), 미국 로렌스버클리 연구소(LBNL), 하버드 의과대학(HMS)의 뛰어난 연구그룹들과 견줄 수 있다고 인정받았다. 장석복 단장이 이끄는 분자활성 촉매반응 연구단은 최고 등급인 Outstanding을 받았다. 세계적으로 경쟁이 치열한 탄소-수소 간 결합 활성화 연구 분야에서 세계 최고 수준의 연구성과를 창출하고 있으며 유기 화학분야를 전세계적으로 이끄는 선도적 역할을 수행하고 있다. 국내외 연구그룹과도 활발히 협력해 집단 연구의 시너지가 돋보이고, 향후 유기 화학분야에서 한계돌파형 연구 성과가 나올 것으로 기대된다는 평가다. 이차원 물질을 탐구하는 나노구조물리 연구단(단장 이영희)은 기초영역뿐 아니라 응용분야에도 파급효과가 큰 중요한 연구를 활발히 수행하고 있다. 세계적 수준의 인프라를 바탕으로 우수한 논문을 다수 출판하고 있다는 점에서 높은 평가를 받았다. 고체물리분야의 세계적 리더로 인정받아 Excellent 등급을 받았다. 초강력 레이저과학 연구단(단장 남창희)은 세계 최고 사양의 레이저 시설을 성공적으로 구축,  출력 레이저 분야에서 국제적으로 높은 명성을 얻어 Excellent 등급을 받았다. 향후 초강력 레이저 시설을 활용해 입자 가속, 양자전기역학, 아토과학 등 분야에서 탁월한 연구성과 창출이 기대된다는 평가을 받았다. 김성기 단장이 이끄는 뇌과학 이미징 연구단은 세계 5위권의 자기공명영상진단(MRI) 인프라를 구축해 융합 분야의 시너지 창출이 기대된다며 Excellent 등급을 받았다. 이미징 기법인 동물 fMRI, 자기공명 물리학, 공학 등 서로 다른 분야의 전문성을 효율적으로 통합하는 연구접근법이 돋보인다는 평가를 받았다. 염한웅 단장이 이끄는 원자제어 저차원 전자계 연구단은 독창적인 연구 장비 개발과 다수의 우수한 연구성과를 인정받아 Excellent 등급을 받았다. 특히, 저차원 전자 물질과 이들의 전자적 특성에 관한 연구는 우수성이 돋보이며 향후 국내외 연구기관과의 협력 강화로 해당 분야를 이끌 것으로 기대된다는 평가다. 암흑물질을 탐색하는 지하실험 연구단(단장 김영덕)은 입자물리학과 우주학의 패러다임을 바꿀만한 중요한 연구와 실험을 수행하고 있다는 데 긍정적인 평가를 받았다. 암흑물질 주요 실험에 필요한 핵심연구 역량을 결집했으며, 중성미자 탐구 등 해당분야를 선도한다는 Excellent 등급을 받았다. 평가위원은 향후 연구를 위해선 안정적인 예산이 확보가 필요하다는 평가도 덧붙였다. 식물 노화.수명 연구단(단장 남홍길)은 식물 노화의 기본 메커니즘을 규명하는 창의적 연구를 하고 있는 것으로 평가되었다. 독창적인 연구 주제와 우수한 연구인력을 활용하고 있으며 향후 해외 식물 연구 기관과의 긴밀한 협력 관계 구축이 기대된다. Very Good 등급을 받았으며 연구단 내 시너지 창출 및 집단 연구를 위한 협업 강화가 필요하다는 평가를 받았다. IBS 연구단 성과 평가는 연구의 질적 우수성 평가가 핵심이다. 논문 수 등 정량적 성과가 아닌 창의성과 연구 영향력 등 연구 내용을 정성적으로 살피고, 연구단장과 박사후연구원, 대학원생 등 다양한 연구 인력 등을 심층적으로 인터뷰한 결과까지 종합한다. IBS는 올해 초부터 해외석학을 중심으로 연구단별 평가단을 구성해 상.하반기 두 차례에 걸쳐 서면.현장방문 평가를 실시했다. 평가결과는 연구단 선정.평가 위원회(SEC)의 종합평가와 과학자문위원회(SAB) 자문을 거쳐 확정된다. 평가단에는 허버트 예클레 독일 막스플랑크협회 전 부회장, 안드레아 페라리 영국 캠브리지대 교수, 마빈 천 미국 예일대 종신교수 등 해외 9개국의 세계적인 석학 30명과 국내 전문가 19명 등 총 49명이 참여했다. 이번 평가를 총괄한 IBS SEC 위원장인 울프강 한스 스피스 명예소장(막스플랑크 고분자 연구소)은 “지난 5년간 연구단 구성과 운영이 성공적으로 이루어졌다”며 “그간 연구단 구성과 인프라 구축에 집중했다면 앞으로는 명확한 중장기 비전과 추진 전략을 수립하고 실천하는 한편 IBS가 지향하는 집단연구 활성화에 더욱 주력해야 한다”고 말했다. IBS는 평가결과를 바탕으로 연구주제 집중, 연구단 내 그룹 간 협력 강화, 해외 인재를 포함한 우수한 박사후연구원 및 여성 과학자 유치.육성 등을 위한 연구단별 후속 조치 계획을 마련하고, 이를 연구단별 연구비와 자원 배분 등 연구단 운영에 반영할 계획이다.   seokjang@fnnews.com 조석장 기자

한국과학기술원(KAIST)은 EEWS 대학원 박정영, 정유성 교수 연구팀이 합금 촉매 표면에서 벌어지는 화학 반응 과정을 실시간으로 관찰해 합금 촉매의 반응성 향상과 직결된 반응 원리를 규명했다고 14일 밝혔다. 연구팀의 관찰 결과는 차세대 고성능 촉매 설계에 활용할 수 있는 반응성 향상 원리의 기반이 될 것으로 기대된다. 광주과학기술원(GIST) 물리.광과학과 문봉진 교수 연구팀과 공동으로 수행한 이번 연구결과는 종합 과학분야 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 7월 13일자 온라인 판에 게재됐다.  합금 촉매는 단일 금속 또는 금속 산화물 촉매에 비해 뛰어난 성능을 보여 연료전지반응이나 탄소계열 공업화학반응 등에 이용되고 있다. 하지만 합금 촉매 반응의 결과에 대한 근본적인 원리는 자세히 밝혀지지 않아 촉매 연구 과정에서 발생하는 예상치 못한 결과를 설명하기 어려웠다. 연구팀은 문제 해결을 위해 기존의 표면 직접 관찰 기기의 한계점을 크게 개선한 ‘상압 주사 터널링 전자 현미경’과 ‘상압 X-선 광전자분광기’를 활용해 백금-니켈 합금 촉매 표면의 역동적인 변화 과정을 관찰했다. 이를 통해 실제 반응 환경에서 백금-니켈 합금 촉매의 반응성 향상 이유가 금속-산화물 계면 나노구조의 표면 형성으로부터 시작됨을 밝혀냈다. 또 일산화탄소 산화반응 과정에서 백금 혹은 니켈 산화물 단일 촉매에 비해 금속-산화물 계면 나노구조가 갖는 비교적 낮은 활성화 에너지는 촉매 반응 원리 상 반응성 향상에 보다 유리한 화학 반응 경로를 제시할 수 있음을 확인했다. 이 결과는 밀도범함수 이론을 바탕으로 한 양자역학 모델링 계산 결과를 통해 입증됐다. 박정영 교수는 “초고진공 환경을 기반으로 한 기존의 표면 과학이 풀지 못한 실제 반응 환경에서의 합금 촉매 반응 과정을 직접 관찰한 첫 연구사례”라며 “합금 촉매의 계면이 촉매 향상도를 높일 수 있고, 현재 진행 중인 촉매전자학 연구와도 밀접한 관계를 가지고 있다. 다양한 종류의 실제 반응 환경에 근접한 촉매 표면 반응을 연구할 계획”이라고 말했다. 이론적 원리 규명 연구를 주도한 정유성 교수는 “직접 관찰과 양자 계산을 통해 합금 촉매의 주된 활성 자리가 계면임을 규명한 연구로, 다양한 합금 촉매의 설계 및 최적화에 중요한 단서가 될 것”이라고 말했다. 상압 표면 분석을 주도한 GIST 문봉진 교수는“이 연구는 외부의 분자들과 쉴 새 없이 반응하면서 움직이는 마치 살아서 숨쉬고 있는 원자의 움직임과 반응성을 동시에 측정한 완벽한 표면물리연구”라고 지적했다. 이번 연구는 기초과학연구원 및 한국연구재단, GIST(광주과학기술원) 등의 지원을 받아 수행됐다.   seokjang@fnnews.com 조석장 기자

▲ 윤은미씨 별세· 장석복씨(기초과학연구원 분자활성촉매반응연구단장) 부인상=12일 대전을지대학병원, 발인 14일 오전 9시 30분. (042)611-3980

성균관대 화학과 송충의 교수(오른쪽)와 이지웅 박사 성균관대학교(총장 김준영)는 화학과 송충의교수와 이지웅박사(성균관대 기초과학연구소 소속)가 독일 연구진 막스플랑크연구소의 벤자민 리스트(Benjamin List)교수, 독일섬유연구소의 옵비스(Klaus Opwis) 교수와 공동으로 나일론과 같은 평범한 일반 섬유를 촉매와 같은 고효능 기능성 물질로 전환하는 획기적인 방법을 개발했다고 밝혔다. 일반 섬유를 촉매와 같은 고효능 기능성 물질로 전환(염색의 원리와 유사함) 이들의 연구논문은 기술의 원천성과 경제성을 인정받아 세계 최고 권위의 과학저녈 '사이언스'(Science) 최근호(9월 13일자)에 게재되는데, 논문 제목은 'Organotextile Catalysis'(유기섬유촉매반응)이다. 이 논문에 제1저자로 참여한 이지웅박사는 "이 연구는 단순히 빛만을 이용하여 기능성을 가지는 다양한 유기분자를 섬유에 영구적이고 쉽게 고정화시킴으로써 고(高)기능성 물질로 전환하는 방법을 개발한 것이다. 특히, 키랄촉매와 같은 고가의 촉매를 섬유에 결합시켜 영구적으로 재사용이 가능한 고활성, 고선택성 촉매를 제조할 수 있다" 고 말했다. 한편 송충의 교수는 "이 연구의 최대 의의는 빛만을 사용하여 섬유의 기능을 원천적으로 조절할 수 있어, 촉매, 센서, 전자재료 등과 같이 다양한 기능성을 가지는 섬유를 손쉽게 제조할 수 있다. 따라서 화학, 화학공학, 생물공학, 재료공학 등 거의 모든 산업분야에 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다"고 밝혔다. 이 연구는 교육부의 중점연구소 지원사업에 의해 이루어졌다. rainman@fnnews.com 김경수 기자

송충의 성균관대 교수 성균관대는 22일 화학과 송충의 교수팀이 자연계에 존재하지 않는 D형태의 화합물로 제조할 수 있는 획기적인 촉매반응 기술을 성공적으로 개발했다고 밝혔다. 송 교수팀이 연구개발한 신 기술은 생명공학 산업 중에서 가장 비중이 큰 제약산업의 중요한 핵심기술이다. 금속이 포함되지 않아 친환경적이고 인체에 유해성이 적은 유기촉매를 이용해 광학순도가 높은 다양한 구조의 천연 또는 비천연 키랄 아미노산 및 유도체들을 제조하는 획기적인 촉매반응 기술이다. 이 연구논문은 기술의 원천성과 경제성 때문에 세계 최고 권위 과학전문지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스' 최신호(11월 20일자)에 실렸다. 이 연구의 최대 의의는 고부가치의 D-아미노산 및 동위원소가 치환된 각종 키랄 아미노산을 보다 경제적으로 제조할 수 있게 된 것이다. rainman@fnnews.com 김경수 기자

KCI는 2일 에테르화 반응용 금속산화물 촉매와 촉매 제조방법 및 촉매를 이용한 선형 폴리글리세롤의 제조방법에 대한 특허권을 취득했다고 공시했다. /mountjo@fnnews.com 조상희기자

바이오니아는 26일 공시를 통해 생체화학반응촉매제(Enzyme/PCR)에 대한 특허권 사용대가 청구 관련 중재가 신청인의 철회로 종료됐다고 밝혔다. 미국의 Applied Biosystems LLC는 생체화학반응촉매제(Enzyme/PCR)에 대한 특허권 사용대가 청구 중재를 스위스 중재 조정 재판소에 신청했으나 바이오니아가 합리적인 수준의 로열티 금액에 합의하고 이에 대한 지급 절차까지 완료하면서 중재를 철회했다고 밝혔다. 바이오니아 측은 신청인 측과 중재절차 제기 이전부터 분쟁 해결 노력을 기울여 왔으며, 금년 들어 신청인 측과 원만한 합의에 도달했다고 설명했다. /mchan@fnnews.com 한민정기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 수소연구단 김우현 박사팀이 청록수소 생산과 상용화를 앞당길 수 있는 신개념 니켈-코발트 합성 촉매를 개발했다. 기존 수소 생산공정이 900도에서 이뤄지지만 새로운 촉매는 600도로 낮춰도 수소를 만들어낸다. 또한 촉매를 사용하는 시간도 90분에서 150분까지 늘어났다. 김우현 박사는 21일 "새 촉매는 수소 생산과 동시에 탄소나노튜브 생산도 가능해 생산성, 경제성 모두를 잡은 획기적 결과"라며, "향후 이 촉매가 적용된 양산 기술을 연구하고 성능 평가를 진행해 핵심 소재 기술과 반응 시스템 설계 기술을 확보할 계획"이라고 말했다. 메탄 등의 탄화수소를 분해해 나오는 청록수소는 생산 과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는다. 청정수소 중 하나인 청록수소는 천연가스의 주성분인 메탄(CH4)을 고온의 열로 분해해 수소와 고체 탄소를 생산하는 기술이다. 화석연료로부터 수소를 생산하지만 생산 과정에서 이산화탄소가 배출되지 않아 별도의 이산화탄소 포집, 저장 과정을 거치지 않아도 청정수소를 생산할 수 있다. 하지만 청록수소 기술은 반응에 필요한 열공급 문제로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 주로 니켈과 철 기반의 촉매로 900도 수준의 고온에서 수소가 만들어진다. 또 반응 후에 수소와 함께 생성되는 탄소의 활용 방안이 많지 않아 해결이 필요한 상황이다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 니켈 기반 촉매에 코발트를 첨가했다. 코발트는 탄소 소재 제품을 생산할 때 촉매로 활용돼 전기적 활성을 강화하고 내구성을 향상 시키는 역할을 한다. 이 점을 착안해 최적화된 촉매 실험을 한 결과, 니켈과 코발트가 각각 8%, 2% 포함될 때 가장 높은 수소 생산성을 보였다. 이 촉매는 600도에서도 기존에 개발된 촉매보다 초기 30분 활성 기준 50% 이상 높게 수소를 만들어냈다. 또한 기존 촉매의 초기 활성 유지 시간이 90분인 반면, 새 촉매는 기존보다 60% 길어진 약 150분 동안 수소를 생산했다. 뿐만아니라 수소생산 반응이 일어난 후에는 촉매 표면에 탄소나노튜브가 만들어졌다. 탄소나노튜브는 이차전지의 전극 소재, 건축용 소재 등에 널리 활용되는 재료로, 수소 생산과 함께 고부가가치 탄소 물질을 생산할 수 있다는 가능성을 보였다. 한편, 연구진은 새로 개발한 수소생산 촉매를 화학 공학 분야의 세계적 권위지인 '퓨얼 프로세싱 테크놀러지(Fuel Processing Technology)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원 대기청정연구실 최영찬 박사팀이 캐슈넛 껍질로 친환경 바이오 연료를 만드는 새로운 기술을 개발해 생산 수율을 40%까지 끌어올렸다. 또한 공정 시간도 3분의 1로 단축됐다. 이 바이오 연료는 화석연료보다 온실가스 배출량이 적은 친환경 연료로 산업용 보일러나 발전소, 선박 연료로 활용이 가능하다. 14일 에너지기술연구원에 따르면, 연구진은 1일 1t 규모의 열분해 설비 운전을 통해 바이오중유 생산 성능을 검증했다. 그 결과, 기존 압착 공정 대비 2배 이상 향상된 40%의 바이오중유 생산 수율을 기록했다. 또 생산된 바이오중유의 황 함량은 90ppm으로, 국제해사기구(IMO)의 황산화물 배출 규제 기준을 충족해 선박 연료로의 활용 가능성도 입증했다. 최영찬 박사는 "친환경 바이오연료 생산 공정은 바이오중유와 바이오차의 대량 생산이 가능하고, 제조 공정이 간단해 동남아 현지에 상용화될 가능성이 높다"며, "2025년부터 실증 규모 설비 연구를 진행하고 본격 사업화 단계에 들어갈 계획"이라고 말했다. 연구진은 해외에서 손쉽게 수급할 수 있는 재료 중 고열량 오일 성분을 약 40% 포함하고 있는 캐슈넛 껍질에 주목했다. 캐슈넛 껍질로 바이오 연료를 생산하는 공정은 베트남 등 동남아시아에 상용화돼 있지만 원재료 대비 생산 수율이 20%에 불과하다. 특히 바이오중유로 전환하기 위해서는 황산, 알코올류 등 촉매를 활용한 화학 공정이 추가돼 환경 오염을 유발한다는 단점도 존재한다. 연구진은 기존 기계적 압착 공정의 단점을 해결한 중온 열분해 방식의 바이오중유 생산 기술을 개발했다. 이 기술은 기존 공정에 비해 바이오중유 생산 시간을 3분의 1로 줄이고 생산 수율을 2배 이상 향상시켰다. 즉 기존 비연속식 분리열처리에스테르화 공정으로 3시간이 걸린다면 새 기술은 연속식 공정으로 1시간밖에 걸리지 않는다. 또한 원재료 대비 20%에 불과했던 생산수율이 40%까지 향상됐다. 기존 기계적 압착 공정은 원료를 압착하고 고체와 액체로 분리한 후 열처리와 화학 반응까지 진행되기 때문에 큰 비용과 시간이 필요하다. 반면 개발된 기술은 복잡한 공정 없이 원료 투입 이후 열분해 공정 하나만 진행해도 바이오중유를 생산할 수 있다. 특히 사람의 손으로 일일이 진행하는 기존 공정과 달리 바이오중유 생산까지의 전 공정을 자동화할 수 있어 시스템 운전에 들이는 비용을 절반으로 줄일 수 있다. 또, 공정 과정 중 응축되지 못한 열분해 가스를 공정에 필요한 열원으로 다시 공급하는 것도 가능하다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 부산대학교와 한국과학기술연구원(KIST)이 건물, 자동차, 그리고 사람을 폭발이나 고속 충돌로부터 발생하는 충격파 피해로부터 보호할 수 있는 혁신적인 신소재를 개발했다. 부산대는 고분자공학과 이재준 교수 연구팀과 KIST 김태안 박사 연구팀이 충돌·폭발 때 외부의 큰 에너지를 흡수하면서도 스스로 수리할 수 있고 재활용도 가능해 오래 사용할 수 있는 특수한 고분자 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 부산대·KIST 공동 연구진은 촉매에 의해 동적 공유 결합 교환 반응의 활성도를 조절함으로써 효과적인 고에너지 소산(에너지를 흩어지거나 분산시킴) 능력을 보유한 동적 공유 결합 고분자 네트워크를 합성했고, 자가 치유 능력 및 화학적 재활용성까지 선보이며 고에너지 소산재로의 활용적 가치를 보고했다. 이번 연구는 고에너지 소산 능력을 효과적으로 나타내기 위한 동적 고분자 네트워크의 필요 조건들을 재료의 점탄성(점성과 탄성을 동시에 갖는 성질) 거동과 연관지어 상세히 기술한 첫 연구 성과여서 의미가 있다고 대학 측은 전했다.  특히 다른 동적 고분자 네트워크들과 달리 무수히 많은 동적 공유 결합을 내포한 상태에서 교환 반응의 활성화 정도에 따라 에너지 소산 능력이 달라진다는 점을 최초로 소개했다. 기존에 보고된 고에너지 소산 재료들의 제한되는 반복성을 자가 치유 성능으로 극복하고, 화학적 재활용 방법을 통해 다시 단량체 및 가교제로 회수함으로써 재료의 지속가능성 또한 높였다. 이를 위해 연구팀은 이황화물 결합을 포함하고 있는 자연 유래 물질인 알파-리포산을 기반으로 각기 다른 물성을 나타낼 수 있는 단량체 및 가교제들을 직접 합성했다. 연구팀은 해당 단량체들과 가교제의 조합으로 만들어진 동적 탄성체가 촉매의 함량에 따라 고에너지 소산 능력이 50%에서 70%까지 증가될 수 있음을 보였고, 기존 우수한 소산재로 보고된 PDMS, 폴리우레아와 비견될 만한 성능을 확인했다. 고에너지 소산재로의 활용 특성상 불규칙적이고 강한 에너지에 노출됨으로 인한 재료의 손상은 불가피하지만, 해당 재료는 우수한 이황화물 그룹 교환 반응을 기반으로 자가 치유 능력을 보유하고 있으며, 염기성 조건 하에서 다시 단량체 및 가교제로 전환·재회수될 수 있어 장기적으로 지속 사용이 가능한 소재임을 입증했다. 이번 연구 성과는 영국 왕립화학회의 저명한 재료 학술지인 '머티리얼즈 호라이즌스' 11월 7일자 표지 논문에 선정됐다. 연구 책임을 맡은 KIST 김태안 박사는 “이번 연구 결과는 자칫 심각한 피해를 야기할 수 있는 충격 에너지를 효과적으로 흡수하면서도 폐기 시 원래의 단량체로 회수돼 지속 사용이 가능한 소재를 제시했다는 점에서 중요한 의미가 있다”고 말했다. 그러면서 “해당 재료는 동적 고분자 네트워크이기 때문에 단순 필름 상태를 넘어서 발포재 및 코팅재 등 적용이 필요한 부분에 따라 가공적 측면에서 유동적으로 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다. 논문의 공동 교신저자인 부산대 이재준 교수는 “빠른 충돌이 빈번한 우주 환경에서의 활동 증가와 각국 간 첨예한 대립으로 인한 고에너지 폭발이 잦아지는 전장 환경 등에서 장비와 구조물, 그리고 인체는 고변형률 속도 응력 파동에 더욱 자주 노출될 것"이라며 "이번 연구는 동적 공유 결합 화학을 활용해 이러한 응력 파동을 효과적으로 분산하고, 파동으로부터 보호할 수 있는 재료 설계 원칙을 제시한다”라고 설명했다. bsk730@fnnews.com 권병석 기자