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Magazine Review

Krict 이모저모 화학의 정원에서 산책해요 ‘케미아트리움’ 개관

화학대중화 화학의 정원에서 산책해요 ‘케미아트리움’ 개관   화학연의 연구 성과를 재미있고 편안하게 관람할 수 있는 ‘케미아트리움’(ChemiAtrium)이 문을 열었습니다. 화학(Chemistry)과 고대 로마건축의 실내 정원을 뜻하는 아트리움(Atrium)을 합친 이름처럼 산책하듯 천천히 걸으며 인류 문명 속 화학의 역할과 가치를 다양한 미디어아트와 콘텐츠로 즐길 수 있는 복합문화휴식 공간입니다.   색다른 연출의 다양한 공간 지난해 11월 14일 성대한 개관식이 열린 화학연의 홍보관 ‘케미아트리움’은 화학연 정문의 디딤돌플라자 1층에 있습니다. 화학에 관심이 있는 일반 시민과 산·학·연·관 관계자 누구나 편하게 찾을 수 있는 개방형 공간이지요. 이미혜 화학연 원장은 개관식에서 “지구 온난화 등 글로벌 환경 이슈 해결을 위한 화학연의 주요 연구성과 전시를 통해, 화학기술이 일상생활을 더욱 편리하고 풍요롭게 만들고, 세상의 모든 곳에 화학이 있다는 것을 일깨워주는 공간으로 활용되기를 희망한다”면서 보다 많은 사람들이 케미아트리움을 찾아와주기를 기대했는데요. 약 223m2 규모로 조성된 홍보관은 케미라운지, 문명과 화학, 재미있는 KRICT, 삶과 화학이라는 4개의 주제로 저마다 색다른 공간들을 연출하고 있습니다. 먼저 가장 눈에 띄는 ‘케미라운지’로 들어가 볼까요? 이곳은 일반 시민과 화학연이 자연스럽게 소통할 수 있는 시작점이라 할 수 있습니다. 시그니처 월로 조성된 벽면에서는 각종 실험기구 숫자로 화학연의 46년 역사와 연구원들의 열정을 표현하고 있는데요. 건너편 천장에는 200인치 스크린이 매립되어 있어 계단식 의자에 편하게 앉아 소규모 강연과 공연을 즐길 수 있는 다목적 공간으로도 변신이 가능합니다.   관람객과 함께 호흡하는 쌍방향 콘텐츠 케미라운지 맞은 편의 ‘문명과 화학’은 대형 디스플레이를 통해 펼쳐지는 미디어아트가 눈길을 사로잡습니다. 인류의 문명과 화학연의 주요 연구분야를 연계해 감각적으로 표현한 화려한 영상은, 지구와 인류를 위한 화학기술을 개발하는 연구원의 역할과 비전을 함축적으로 보여줍니다. 또한 세계 화학의 역사와 대한민국 화학 발전사를 한눈에 볼 수 있는 대형 연표, 화학연의 역사와 성과를 보여주는 영상과 이미지 월을 통해 인류의 삶, 그리고 한국인의 생활 구석구석을 풍요롭게 만들어 온 화학의 역할을 돌아볼 수 있게 하고 있지요. ‘재미있는 KRICT’는 특히 온 가족이 함께 즐길 수 있는 쌍방향 인터랙티브 월(interactive wall) 콘텐츠가 마련되어 있어 가장 인기 있는 공간이 될 것으로 기대를 모으고 있습니다. 손으로 직접 터치하며 원소 정보를 이해할 수 있는 그림 주기율표 코너에 이어 아기자기한 포토존이 준비되어 있습니다. 케미아트리움의 네 번째 공간인 ‘삶과 화학’에서는 이름처럼 우리가 살고 있는 주거 공간 속에서 살아 숨 쉬는 화학연의 연구성과를 확인할 수 있습니다. 편안한 거실과 주방을 닮은 공간에서 일상 구석구석 보이지 않게 스며들어 있는 화학연의 역할과 가치를 QR코드 스캔으로 감상할 수 있는 공간이지요. 또한 지구를 상징하는 동그란 슬라이드 화면에 화학연의 주요 친환경 연구성과들을 터치미디어로 한 눈에 즐길 수 있습니다. 개관식과 함께 본격적인 손님맞이에 들어간 케미아트리움은 평일 오전 9시 30분부터 오후 5시 30분까지 무료로 개방됩니다. 단체 견학은 매주 목요일 오후 2시로, 연구자 특강과 함께 자세한 설명이 곁들여진 홍보관 관람을 할 수 있습니다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict 이모저모 물감 속 화학

이야기 화학사 물감 속 화학 글 | 심보경(김포교육지원청 장학사) 멋진 풍경이나 정물, 인물 등을 그린 그림을 보면 마음이 따뜻해지기도, 평안해지기도 합니다. 그림을 감상할 때 화려하거나 은은한 색감이 우리의 마음을 만져주는 듯합니다. 캔버스 위에 색은 무엇으로 표현하지요? 그렇습니다. 물감이 있기에 우리가 눈으로 보는 것처럼 캔버스 위에 표현될 수 있습니다.     물감에는 어떤 화학이 있을까요? 물감은 그림을 그리거나 섬유 등을 물들이는 데 사용하는 재료입니다. 보통 그림을 그리는 데 사용하는 것은 안료, 옷감을 물들이는 데 사용하는 것은 염료라고 합니다. 간단하게는 염료는 물과 기름에 잘 녹는 성분이어서 물들이는데 쓰이고, 안료는 잘 녹지 않아 바르는 데 쓰이는 것으로 구분하기도 합니다.   안료는 만드는 재료에 따라 무기안료와 유기안료로 구분합니다. 화합물을 구분할 때 크게 탄소로 구성된 유기화합물과 그 외의 무기화합물로 구분하지요. 무기안료는 광물성 안료 또는 착색 무기화합물을 제조하여 사용하고, 유기 안료는 유기화합물로 이루어져 있습니다. 안료는 용매에 완전히 혼합되지 않고 용매와 섞여 있는 콜로이드 형태로 사용하게 되기 때문에 물에 타서 그림을 그리게 되면, 물이 증발하면 벽이나 종이에서 쉽게 떨어져 버립니다. 안료를 종이에 붙이기 위해서는 접착제 역할을 하는 것이 필요하지요. 우리가 흔히 쓰는 수채화 물감은 아라비아 고무를 이용하여 안료의 점성을 유지하고, 유화물감은 아마인유, 아크릴물감은 아크릴수지와 같은 용매가 접착제 역할을 합니다. 알타미라 동굴이나 라스코 동굴 등의 벽화에서도 채색이 사용된 그림을 볼 수 있는데요. 이것은 숯과 자연 염료를 혼합해 색상을 만들었다고 합니다. 라스코 동굴 벽화의 색소를 분석한 결과 빨간색은 적철광, 노란색은 황철석을 이용했다고 하는데요. 이처럼 광물을 이용하여 색을 나타내기도 했습니다. 광물과 같은 무기 안료를 이용해서 그린 고대의 벽화들은 변색이 되지 않고 그대로 남아있는 경우가 많습니다. 코발트블루는 코발트와 알루미늄염을 합성하여 만들 수 있고, 맑은 푸른 빛을 내는 염료입니다. 흔히 사용하는 물감 중에 시에나가 들어가는 물감이 있는데요, 이는 이탈리아의 시에나 지방의 흙을 안료로 사용하는 물감을 이야기합니다. 울트라 마린이라는 물감의 원료는 청금석이라는 광물을 원료로 하는데 중세에는 황금에 준할 정도로 매우 비쌌기 때문에 성모 마리아를 채색할 때처럼 귀한 곳에서만 사용했다고 하네요. 좀 더 싼 파란색 안료인 아주라이트는 녹색을 함께 가지고 있으며 안정성이 떨어져 시간이 지나면 퇴색되어 갈색으로 변합니다. 얀 반 에이크의 <아르놀피니의 결혼>이라는 그림은 이전에는 볼 수 없었던 생생한 색감으로 유명합니다. 이것은 물감에 불포화지방산인 아마인유(linseed oil)를 사용하여 유화 기법을 완성하였습니다. 지금도 대부분 유화 물감에는 아마인유를 사용하고 있습니다. 지방산은 지방족 사슬을 가지고 있는 카복실산을 말하며 사슬의 포화 여부에 따라 포화 또는 불포화지방산으로 나눕니다. 탄소와 탄소 사이의 수소 원자가 부족하여 탄소 사이의 이중결합이 있는 지방산을 불포화지방산이라 하는데요, 아마인유는 탄소와 탄소 사이의 이중결합이 많이 있는 불포화지방산입니다. 지방산 사슬 중에 이와 같은 불포화기를 많이 포함하고 있으면 녹는점이 낮아 상온에서 보통 액체로 존재합니다. 이것이 시간이 지나면서 불포화기가 다리결합(가교결합)을 하며 굳어지게 되는데 이런 점을 물감에 이용한 것이지요. 가교 결합은 사슬 모양의 고분자 사슬 사이를 화학결합에 의해 서로 연결하는 것을 말합니다. 가교결합의 수가 많아질수록 강도는 커지게 됩니다. 앞에서도 이야기했듯이 안료는 물이나 기름에 잘 녹지 않기 때문에 물감처럼 사용하기 위한 용매가 필요합니다. 유화 기법을 적극적으로 사용하기 전까지 중세 유럽에서는 회반죽을 이용한 프레스코 기법과 용매를 사용하는 템페라 기법이 사용되었습니다. 템페라 기법은 달걀에서 노른자만을 빼 약간의 물을 섞어 우유처럼 만든 뒤, 물에 용해시킨 안료를 섞어 물감으로 만들었습니다. 빨리 마르기 때문에 직접 패널 같은 곳에 그림을 그릴 수 있었고, 온도나 습도에 영향을 크게 받지 않아 건조된 뒤에도 갈라지거나 떨어지지 않는 강점이 있습니다. 덧칠을 많이 할수록 붓 자국이 시각적인 혼합 효과를 주어 즐겨 사용하였습니다. 그러나 템페라 물감은 넓은 붓을 사용하면 표면에 기포가 생겨 얇은 붓으로 여러 번 덧칠을 해야하고, 명암 등을 표현하기가 어려웠으며 붓을 자유롭게 움직일 수 없는 단점이 있습니다. 레오나르도 다 빈치의 <최후의 만찬>을 잘 알지요? 이 그림은 템페라 기법과 유화 기법을 사용했습니다. 템페라에 사용하는 달걀 노른자는 수분이 50% 이상인 에멀젼인데 유화는 기름이어서 섞이지 않고 분리가 되면서 채색층이 쉽게 떨어져 버리는 현상이 일어났습니다. 물과 기름은 서로 잘 섞이지 않으니까요. 레오나르도 다 빈치가 화학을 좀 더 알았더라면 최후의 만찬을 복원하지 않아도 되지 않았을까요? 간편한 튜브 물감이 발명되면서 불편한 템페라 기법을 빠르게 대체하기 시작했습니다.     동양에서는 어떤 물감을 사용했을까요? 우리나라에서도 오래전부터 먹을 사용했는데요. 먹은 소나무(송진), 기타 식물의 기름을 연소시켜 생긴 그을음을 아교로 굳혀서 만듭니다. 아교는 동물의 가축?힘줄?창자?뼈 등을 고아 그 액체를 고형화한 물질인데요, 주성분이 젤라틴입니다. 먹이 만들어질 때 40~50% 정도 수분을 보유하고 있는데 이 수분이 건조되면서 조금씩 배출되어 완제품이 되었을 때는 약 18% 정도만 수분이 남는다고 합니다. 수분이 증발하면서 먹의 내부에 공기구멍이 형성되어 습기가 적은 날에는 수분을 방출하고, 습기가 많은 날에는 수분을 받아들이는 역할을 합니다. 수분 조절에 의해 농담과 번짐의 조형성을 만들고 부착력이 강하여 한지에 잘 흡수되는 특징을 가지고 있습니다. 우리나라의 궁궐이나 사찰에서는 단청이 있지요? 여기에는 광물성 안료를 사용했습니다. 광물성 안료는 금속 원소에 따라 달라집니다. 광물 속 금속 원소들이 다른 원소와 화학결합을 하면서 광물마다 고유한 파장의 빛을 흡수해서 서로 다른 색을 띠게 됩니다. 흰색 안료인 연백(2PbCo3 ?Pb(OH)2)은 납이 들어있습니다. 연단의 경우는 같은 납이 들어있으나 주황색을 띠지요. 선명한 녹색은 공작석의 구리에 의한 색입니다. 채색화에는 이런 광물성 안료를 이용하여 멋진 그림을 그렸습니다. 그림을 그리는 물감에도 화학적인 성질을 이용해서 채색을 한 옛 선조들의 지혜가 뛰어났지요? 예술 작품에 있는 또 다른 화학에는 어떤 것이 있을지 찾아보는 것도 재미있을 것 같습니다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict 이모저모 도를 넘어선 발암물질에 대한 공포

화학 팩트체크 도를 넘어선 발암물질에 대한 공포 글 | 이덕환(서강대 명예교수, 화학·과학커뮤니케이션과) 발암물질에 대한 공포가 도를 넘어서고 있다. 발암물질을 한 번이라도 먹거나 만지기만 하면 당장 암에 걸린다고 겁을 낸다. 심지어 공원이나 산책로에 놓여있는 조경석도 안심할 수 없다. 인체 발암성이 확인된 석면이 들어있기 때문이다. 미군으로부터 반환받은 용산기지의 토양·지하수도 벤젠·다이옥신·비소 등의 발암물질 범벅이라고 한다. 소비자의 입장이 난처하다. 온 세상이 발암물질로 가득 채워져 있는 것처럼 보이기 때문이다. 언론과 전문가들이 발암물질에 대한 도를 넘어선 공포를 부추기고 있다. 특히 의학·식품·환경 분야의 전문가들이 그렇다. 심지어 식품의약품안전처도 예외가 아니다. 박테리아에서 유전독성이 확인되었다는 이유로 새로 등장한 발색 샴푸에 들어있는 첨가제인 THB(1,2,4-트라이하이드록시벤젠)를 퇴출시켜야 한다고 야단법석이다.   1군 발암물질은 54종뿐 우리가 암을 두려워하는 것은 당연하다. 진단과 치료 기술이 발달하면서 완치율이 60%를 넘어섰지만 암은 여전히 치명적인 질병이다. 암의 발생 원인은 아직까지도 정확하게 밝혀지지 않았다. 다만 세포의 대사 과정에서 유전체(게놈)에 손상이 생기는 것이 직접적인 원인인 것으로 추정하고 있다. 방사선·X-선·자외선·독성 물질 등이 모두 그런 손상의 원인이 될 수 있다. 발암성은 대표적인 만성 독성이다. 급성 독성물질처럼 즉각적으로 독성이 나타나는 것은 아니다. 상당한 기간에 걸쳐서 반복·지속적으로 노출되는 경우에만 암이 발생하게 된다. 어쩌다가 몇 번 상당한 양의 발암물질에 노출되었다고 반드시 암에 걸리는 것은 절대 아니다. 사람에게 암을 일으키는 것으로 확인된 ‘인체 발암물질’의 경우도 마찬가지다. 조기진단과 함께 생활환경에서 발암 요인을 제거해 암 발생 위험을 예방하는 노력도 강화되고 있다. WHO(세계보건기구) 산하의 IARC(국제암연구소)가 1970년부터 발표하고 있는 ‘발암물질 목록’이 그런 노력의 결과이다. 화학물질의 발암성을 확인하는 일은 생각처럼 쉽지 않다. 직접적인 인체 실험은 윤리적인 이유 때문에 용납되지 않는다. 결국 시험관에서의 세포 실험이나 쥐·어류 등을 이용한 동물 실험에 의존할 수밖에 없다. 산업현장에서 발생하는 집단발병에 대한 역학(疫學)조사의 결과도 유용하다. 언론에 떠들썩하게 소개되는 전문가들의 발암성 관련 소식은 제한적인 세포·동물 실험의 결과를 지나치게 과장하는 경우가 대부분이다. 세포·동물 실험은 언제나 믿을 수 있는 것이 아니다. 동물의 종(種)에 따른 발암성의 차이를 정확하게 예측할 수 없기 때문이다. 심지어 쥐에게 암을 일으킨다고 해서 반드시 사람에게도 암을 일으키는 것은 아니다. IARC가 인체 발암성을 확인해서 ‘1군(Group 1)’으로 분류하는 화학물질은 고작 54종뿐이다. 인공적으로 생산한 합성 화학물질은 모두 발암물질이라는 주장은 명백한 가짜뉴스다. 실제로 IARC가 발표한 ‘발암물질 목록’의 절반은 동물 실험에서도 발암성을 확인할 수 없는 ‘3군(Group 3)’이다. 화학물질만 인체에 암을 일으키는 것도 아니다. 간염 바이러스를 비롯한 7종의 바이러스, 헬리코박터와 같은 박테리아, 간흡충(간디스토마)을 비롯한 3종의 기생충도 암을 일으킨다. 사람들이 여전히 좋아하는 술·담배·젓갈·숯불·아플라톡신·미세먼지·가공육·자외선도 1군 발암물질이다. 1군 발암물질이라고 누구에게나 무차별적이고 즉각적으로 암을 일으키는 것은 아니다. 세포의 유전물질인 DNA에 손상이 발생해야만 암에 걸리게 된다. 그런데 인체에는 DNA의 손상을 방지·복구하는 메커니즘이 마련되어 있다. 1군 발암물질의 독성도 천차만별이다. 매년 흡연에 의한 폐암으로 사망하는 사람은 100만 명이 넘고 개방형 연소(부엌)에서 발생하는 연기에 의한 폐암으로 사망하는 사람도 430만 명에 이른다. 과음에 의한 간암 사망자도 60만 명이 넘는다. 그런데 똑같이 1군으로 분류되는 가공육의 과다 소비로 목숨을 잃는 사람은 한 해에 3만 명을 넘지 않는다. 인체 발암성이 확인되지 않은 ‘2A군’과 ‘2B군’으로 분류된 물질을 ‘발암물질’이라고 호들갑을 떨 이유는 없다. 오히려 발암물질에 대한 지나친 공포 때문에 건강을 해칠 수도 있다는 뜻이다. IARC에서 ‘1군’으로 분류하는 발암물질은 정부·기업이 엄격하게 관리한다. 정부가 허용기준을 정할 때는 현실적인 기술적 한계와 함께 소비자의 경제적 부담도 고려한다. 제품의 생산과정에서 발암물질을 제거하는 기술이 충분히 개발되지 않았거나, 그런 기술을 활용하기가 경제적으로 지나치게 부담스러운 경우도 있다. 그런 경우에는 소비자들에게 위험을 정확하게 알려주는 것만으로 만족해야 한다. 실제 선택은 소비자들의 몫이 될 수밖에 없다. 돌부리에 걸려 넘어지면 심하게 다칠 수 있다는 이유만으로 세상의 돌부리를 모두 없애버려야 한다는 주장은 비현실적이다.   ‘용량’이 독을 만든다 화학물질은 인체에 위험할 수 있는 것은 사실이다. 실제로 ‘독성학의 아버지’로 알려진 르네상스 시대의 독성학자 파라켈수스가 ‘모든 것이 독(毒)’이라고 했다. 건강에 꼭 필요한 설탕과 같은 탄수화물이나 소금도 너무 많이 먹으면 문제가 생긴다. 심지어 의사가 처방하고 약사가 조제한 약(藥)도 복용법을 지키지 않으면 치명적인 독이 된다.   파라켈수스는 “용량(dose)이 독을 만든다”는 말을 남겼다. 아무리 좋은 약이라도 너무 많이 먹으면 독이 되고, 아무리 치명적인 독이라도 충분히 적은 양을 섭취하면 오히려 약이 될 수도 있다는 뜻이다. 맹독성의 비상(砒霜)이나 봉독(蜂毒·꿀벌의 독)을 약으로 쓸 수 있었던 것도 그런 이유 때문이다. 인체에 독성이 나타나기 시작하는 ‘용량’을 정확하게 파악하는 일은 결코 쉽지 않다. 뱀독·복어독·말벌독·버섯독처럼 즉각적이고 분명한 급성 독성이 나타나는 경우에는 그나마 나은 편이다. 장기간에 걸쳐 반복·지속적인 노출에 의해 발생하는 만성 독성의 경우에는 사정이 다르다. 용량은 커녕 인과관계를 밝혀내기도 쉽지 않다. 인체에서 일어나는 생리 작용이 워낙 복잡하기 때문이다. 암을 치료하는 기술도 빠르게 발전하고 있다. 5년 이상 생존하는 ‘암 생존율’이 1995년 42.9%에서 2018년 70.3%까지 올라갔다. 갑상선암의 생존율은 99.3%에 이른다. 우리나라의 암 생존율은 세계 1위다. 암을 치료하는 수술·항암제·방사선요법 등의 치료기술이 놀랍게 발전한 결과다. 치료기술만 발달한 것이 아니다. 암의 조기진단에 필요한 MRI(자기공명영상)·PET(양전자 단층촬영)·내시경 등의 진단기술도 크게 발전했다. 암은 초기에 발견하면 5년 생존율이 100%에 가까울 정도로 치료할 수 있다. 건강보험에서도 암의 조기진단을 위해 노력하고 있다. 물론 발암물질로 확인된 화학물질을 일부러 가까이할 이유는 없다. 그렇다고 발암물질을 무작정 두려워하는 것도 바람직하지 않다. 세상엔 발암성이 확인된 물질보다 훨씬 더 강한 독성을 나타내는 물질도 많기 때문이다. 공연한 두려움이 오히려 더 큰 화를 불러올 수도 있다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict 이모저모 후각이 즐거워야 국민도 행복하다

지구를 지켜라 후각이 즐거워야 국민도 행복하다   인간의 뇌는 호기심이 많은 기관입니다. 외부에서 무슨 일이 일어나는지 늘 궁금해하지요. 프랑스 작가 베르나르 베르베르는 소설 ‘뇌’에서 인간이 뇌에 가할 수 있는 고통 가운데 가장 혹독한 것이 아무 자극도 주지 않는 것이라고 말합니다. 이렇게 외부의 정보를 감지해 뇌에 전달하는 오감 중에서도 후각은 감정에 가장 밀접한 감각기관이라고 합니다.     행복도 높이는 향기, 불쾌함 부르는 냄새 영화 ‘기생충’이나 조지오웰의 소설에서도 볼 수 있듯이 향기 혹은 냄새는 오랜 시간 계급의식의 상징으로도 작용해 왔습니다. 이에 따라 냄새에 대한 뇌의 기억을 이용하는 향기 마케팅(scent marketing)도 일찍부터 발전해 왔는데요. 미세하게 제품의 향기를 조정해 고객 충성도를 높여온 화장품 회사들을 비롯해 항공사와 호텔, 자동차 기업에서도 알 듯 모를 듯 실내에 특별한 향을 조성하는 향기 마케팅이 활발합니다. 어릴 때부터 브랜드 고유의 향기에 익숙해지면 성인이 돼서도 같은 제품과 서비스를 선택할 가능성이 높아지기 때문입니다. 뇌 과학계에서는 후각을 관장하는 대뇌 변연계와 피질이 감정과 기억력, 창의력을 관장하는 부위와 같다고 말합니다. 그래서 좋은 향기를 맡으면 행복한 추억이 떠오르고 나쁜 냄새를 맡으면 불쾌한 기억이 되살아나게 된다고 하지요. 또 사이코패스들에게서 공통적으로 나타나는 후각 능력 상실, 치매 발병 초기에 가장 먼저 이상을 일으키는 후각 기능, 자신이 태어난 강을 냄새로 찾아가는 연어 회귀의 비밀까지 냄새와 관련한 흥미로운 연구 주제들은 무궁무진합니다. 시민들의 행복감과 만족도를 책임지는 공공 서비스의 영역에서도 냄새는 매우 중요하게 다뤄지는 사안입니다. 특히 인구와 교통량이 집중되는 대도시와 산업단지 인근의 배후 도시들은 각종 폐기물과 대기오염물질에서 비롯되는 악취 문제의 해결에 큰 노력을 기울이고 있지요. 화학연 역시 국민 생활 환경 개선을 위한 주요 연구개발 과제 중 하나로 악취 문제의 개선에 많은 힘을 기울이고 있습니다.     악취·미세먼지 함께 잡는다 사람 고유의 체취나 곰팡이, 세균, 박테리아 등의 증식으로 생기는 냄새를 빼면 우리가 일상에서 느끼는 악취는 대부분 공기 중에 떠다니는 물질에서 비롯됩니다. 자동차 배기구와 공장 굴뚝, 쓰레기 매립지와 축산농가의 폐기물 등에서 발생하는 특별한 구조의 냄새 분자가 대기 중에 떠다니다 콧속의 후각 수용체 세포와 결합하면서 뇌에 신경신호를 전달되는 것이지요. 이런 냄새 분자는 대기오염의 원인물질인 미세먼지, 온실가스와도 높은 상관관계를 갖고 있습니다. 대기환경 문제 해결을 위해 친환경 기술개발에 주력하고 있는 화학연 ‘미세먼지융합화학연구단’(이하 연구단)이 생활 속에서 발생하는 악취 문제에도 각별한 관심을 기울이고 있는 게 이 때문입니다. 2019년 출범한 연구단은 화학연이 보유하고 있는 미세먼지 관련 연구자원을 전 방위적으로 관제하는 범 본부 차원의 컨트롤타워입니다. 장태선 연구단장과 각 본부 소속 16명의 분야별 전문가들이 모여 그간 각 연구그룹 차원에서 추진됐던 화학연의 미세먼지 연구 관련 역량과 자산을 통합적으로 관리하는 것이지요. 이들이 맡고 있는 연구개발 분야는 소재, 촉매, 위해 예측, 모니터링, 분석기술, 감지기술, 환원기술, 산화기술, 흡착기술, 반응제어, 저감실증, 전산모사에 이르기까지 실로 다양하지만 목표는 단 하나입니다. 미세먼지, 온실가스, 악취 등의 복합적인 대기오염을 유발하는 원인을 찾고 그에 따른 근본적인 예방법을 제시하는 것입니다. 그 가운데서도 특히 국내 미세먼지 발생량의 70% 이상을 차지하는 2차 미세먼지의 저감 및 관리 기술 개발이 핵심적인 임무입니다.     저감과 동시에 자원화까지 2차 미세먼지라 표현되는 가스상 전구물질은 공장 굴뚝과 발전소, 자동차 등의 화석연료가 연소되는 과정과 제품생산 화학공정에서 나오는 질소산화물(NOx), 휘발성 유기화합물(VOCs), 황산화물(SOx), 축사에서 주로 발생하는 암모니아(NH3)가 주종을 이룹니다. 이들이 반응성이 강한 수증기, 오존 등과 결합해 2차 미세먼지 씨앗을 만들고, 이 과정을 반복하는 동시에 대기 중의 추가적인 오염물질과 지속적으로 결합하면서 더욱 심한 악취를 유발하게 되는 것이지요.   다양한 공정에서 발생하는 여러 종류의 오염 물질들이 대기화학 반응을 통해 생성되는 2차 미세먼지는 지금까지 알려지지 않은 미지의 화학종인 경우가 많습니다. 이에 따라 연구단은 2차 미세먼지의 분석과 인체에 미치는 영향을 평가하는 연구와 함께 실질적인 대응 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 복합적인 미세먼지 저감 기술을 위해 촉매와 흡착 소재, 저감장치의 개발이 동시에 이뤄지고 있지요. 화학연에서는 대기환경 개선을 위한 친환경 화학기술의 역할을 소개하고 대내외 협력을 추진하기 위해 매년 ‘KRICT R&SD(Research & Solution Development) 포럼’을 개최하고 있는데요. 미세먼지융합화학연구단은 2019년 연구단 출범 이후 2022년 까지 매년 R&SD 포럼을 주최하였으며, 미세먼지, 악취, 기후위기 등과 이를 극복하기 위한 화학기술에 대해 발표하여 많은 참석자들의 주목을 받았습니다. 이 자리에서 연구단은 비요소수 기반 탈질 촉매와 온실가스 전환 촉매, 대기오염물질을 효과적으로 제거하는 흡착제, 펄스형 정화장치로 구성되는 신개념의 VOCs 저감 시스템을 선보였는데요. 석유화학 단지와 화학소재 기업, 가구공장 등을 통해 현장실증이 이뤄지고 있는 이 기술은 고가인 데다 구조가 복잡하고 에너지 소비도 많은 기존 정화장치들과 달리 획기적인 비용 절감과 동시에 부수적인 온실가스 감축 효과까지 발휘할 수 있어 악취 문제 해결과 함께 우리나라의 미세먼지·온실가스 저감 목표를 현실화하는 데도 크게 기여할 것으로 기대를 모았습니다. 현재 연구단이 추진 중인 악취와 미세먼지 문제 해결을 위한 연구개발에서 특히 더 주목할 부분은 대기오염의 원인물질을 저감하는 데서 한 발 더 나아가 유용한 화학제품 자원으로 바꾸려는 시도입니다. 대기오염물질이 대부분 화학과정을 통해 발생하는 만큼 이를 저감하는 반응을 제어해 무해화하는 한편 목적에 맞게 자원화할 수 있는 방안도 찾고 있는 것이지요. 이에 따라 산업단지에서 대규모로 발생하는 악취, 미세먼지 등의 원인물질과 온실가스를 포집해 유용한 화합물로 전환하는 ‘미세먼지·온실가스 저감 및 자원화 장치’의 세계 최초 상용화에도 주력하고 있는데요. 전 세계적으로 찾기 힘든 발상의 전환을 통해 두 마리 토끼를 동시에 잡기 위한 화학연의 노력이 국민과 인류 모두의 행복감을 높이는 든든한 디딤돌이 되기를 기대합니다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research KRICT 2022년 4분기 간추린 NEWS

<span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: ">KRICT 2022년 4분기 간추린 NEWS   <span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "> <span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "> 2023년 시무식 개최 화학연은 1월 2일 화학연 행정동 강당에서 2023년 시무식을 개최했다. 오프라인 참석과 온라인 생중계로 동시에 개최된 이날 시무식은 조용미 소프라노, 권순찬 테너 등의 한국 가곡 공연을 시작으로 국민의례와 순국선열에 대한 묵념, 계묘년을 맞는 토끼띠 직원들의 새해 인사 등 다채로운 식순으로 진행됐다. 화학연 이미혜 원장은 신년사에서 “지난 수년간 화학연은 펜데믹, 일본 수출규제로 인한 소재 자립화 등 글로벌 이슈에 대응하여 정부출연연구원으로서 임무와 역할을 다하여 왔다”면서 “이는 모두 각자의 자리에서 의무를 다하고 있는 소속원 여러분들의 뛰어난 창의성과 끊임없는 노력 덕분”이라고 말했다. 이와 함께 “새해에도 묵묵히 우리에게 주어진 업무들을 잘해 나가도록 하자”고 강조했다.     탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단 출범식 및 현판식 탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단 출범식 및 현판식이 2022년 9월 21일 화학연 디딤돌플라자 대회의실과 W2동 현관 일원에서 개최됐다. 화학연에서는 탄소자원화 플랫폼 구축을 통하여 정부의 기후기술대응 전략의 한 분야인 탄소자원화를 위하여 탄소자원화 기술고도화 전략, 탄소시장 분석 및 맞춤형 정보제공 그리고 정부의 정책 수립 등을 지원하고 있다. 또한 온실가스감축 평가 표준화 플랫폼 개발을 통해 전 과정 평가 기반 온실가스 감축량산정 표준화, 개발 기술의 온실가스 감축효과 분석, 최적가용기술 도출을 통한 연구방향을 제시할 계획이다. 이와 함께 국내 산학연 협력 네트워크 활성화, 국제 기술협력 네트워크 구축, 전문가 포럼 및 대국민 홍보행사 등을 통해 탄소자원화 연구와 이해의 저변을 넓혀나갈 예정이다.     ‘제1회 찾아가는 화학콘서트’ 개최 탄소자원화 플랫폼 화합물 연구단이 주관하는 ‘제1회 찾아가는 화학콘서트’가 1월 9일 디딤돌프라자 3층 교육장에서 개최됐다. 이번 행사의 주된 목적은 전 지구적 현안인 지구온난화와 기후위기에 관한 전문적 지식을 비전공자도 쉽게 이해할 수 있도록 재미있게 전달하여 학생과 일반인의 이해를 돕고, 이로부터 탄소중립의 올바른 실천 방향을 제시하는 것에 있다. 이와 함께 중학생과 학부모를 위한 화학 기초학습 도구 제공을 통해 교육 차별을 해소하는 동시에 가깝고 친근한 국책 연구기관으로서의 위상 제고를 목표로 계획됐다. 약 40여 명의 학생과 일반인 및 학부모 10여 명이 참석한 가운데 열린 이날 행사는 지구온난화와 기후위기 특강, 중학교 화학 기초 학습 도구 특강, 케미아트리움 견학 등으로 진행됐다.     애니메이션 ‘연금술사 케미’ 에피소드 공개 화학연이 대표 캐릭터 ‘케미’를 주인공으로 한 애니메이션을 케미러브 화학사랑 홈페이지(chemielove.krict.re.kr)와 유튜브를 통해 선보였다. 2022년 12월 29일부터 매주 목요일 공개되는 ‘연금술사 케미’는 갑작스럽게 모바일 게임 속으로 들어간 케미가 황실 연금술사인 알 케미스트리 리얼리 공작이 되며 이야기가 펼쳐진다. 단순한 정보 제공이 아닌, 모르디히 왕의 원소 왕국과 얍시리스 책사의 반란 서사와 각 캐릭터의 특징을 살린 애니메이션으로서, 중간중간 생활 속 화학 지식을 재미있게 전달하고 있다. 국내 유일의 화학 전문 국책 연구기관인 화학연은 지난 2020년 ‘세상은 꿈꾸고 화학은 실현한다’라는 캐치프레이즈와 함께 새 단장한 케미러브 플랫폼을 통해 우리 삶 전반에 녹아있는 화학의 이야기를 웹툰, 웹드라마, 애니메이션과 캠페인 영상 등 다양한 최신 미디어를 통해 전 국민이 보다 쉽고 재밌게 접근할 수 있도록 돕고 있다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research 인공지능으로 열전소재 성능 향상을 위한 최적의 도핑원소를 예측하고 검증한다

KRICT 온새미로 인공지능으로 열전소재 성능 향상을 위한 최적의 도핑원소를 예측하고 검증한다 화학플랫폼연구본부 좌로부터 이예리 선임연구원, 장현주 책임연구원(본부장), 임진오 선임연구원   전 세계적으로 발전소, 자동차 등에서 발생하는 폐열을 전기로 변환하는 친환경 발전에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 국내 연구진이 인공지능과 빅데이터 기술을 활용해 기존보다 더 높은 효율을 가진 열전소재 개발에 성공하였다. 화학연 화학데이터기반연구센터 장현주·임진오·이예리 박사 연구팀은 서울대학교 화학생명공학부 정인 교수 연구팀과 공동으로 인공지능을 활용한 고효율 열전소재를 발견하고, 실험을 통해 이를 검증하는데 성공했다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 새로운 도핑 원소가 포함된 고성능 열전소재는 폐열발전, 소형냉장고, 우주탐사선 발전 등 다양한 응용분야에 적용이 가능하다. 더불어, 데이터기반 인공지능 모델의 활용으로 신소재 개발을 가속화할 수 있으며, 이러한 방법론을 다양한 신소재, 태양전지, 촉매소재 분야 등으로 확대할 수 있을 것으로 전망된다. 그동안 열전소재에 적절한 도핑 원소를 첨가하여 열전 성능을 더욱 높일 수 있다는 점은 널리 알려져 있으나, 다양한 도핑 원소와 농도 등의 최적 조건을 모두 직접 실험으로 찾기 위해서는 오랜 시간과 비용이 발생하는 점이 새로운 열전소재 발견에 걸림돌로 작용해 왔다. 이에 연구팀은 현존하는 소재 중 가장 열전 성능이 높은 소재인 '셀렌화 주석(SnSe)'에 다양한 도핑 원소를 도입하여, 열전소재에 대한 연구데이터를 수집하고 빅데이터화 하였다. 이를 기반으로 인공지능을 활용하여 도핑에 따른 열전 성능 예측모델을 구축하였고, ‘셀렌화 주석’의 열전 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 도핑원소 및 도핑 농도를 탐색하였다. 인공지능 기반의 예측모델을 통해 ‘이트리움(Yttrium)’을 ‘소디움(Sodium)’과 함께 도핑할 경우 ‘셀렌화 주석’의 열전 성능이 상용화 수준으로 높게 나타날 것으로 예측하였다. 이러한 예측 결과를 실제 직접 실험을 통해 ‘셀렌화 주석’에 ‘이트리움’과 ‘소디움’을 함께 도핑하여 합성하였고, 인공지능 모델의 예측치와 같은 수준의 좋은 열전 성능을 나타내는 것을 검증하였다. 또한 이론 계산을 통해 ‘이트리움’과 ‘소디움’의 도핑 역할을 분석하여 이를 뒷받침하였다. 특히 연구팀은 인공지능 예측모델을 통해 2,800건 이상의 도핑 조건에 대한 열전 성능을 수 분만에 예측할 수 있었다. 이러한 성과는 기존 실험을 통해서는 1개의 후보 물질을 합성하고 그 도핑 효과를 검증하는데 일주일 이상이 걸리는 점을 고려할 때 도핑원소 탐색에 걸리는 시간을 인공지능을 활용하여 획기적으로 단축한 것이다. 한편, 본 연구에서 사용한 빅데이터는 실험실의 전주기 연구 과정 중에 생성된 샘플의 합성조건과 열전특성 측정 등, 기존에 공개된 데이터에서는 얻을 수 없는 값진 연구데이터이다. 또한 연구 수행 과정에서 원하는 결과가 도출되지 않을 경우 발생하는 ‘다크 데이터(dark data)’를 구축된 플랫폼을 활용하여 버리지 않고 인공지능 모델 구축에 활용하여 머신러닝 예측 성능 향상에 도움을 줄 수 있게 되었다. 연구팀은 실험과 계산 연구를 통한 고품질 열전소재 빅데이터를 구축하였으며, 플랫폼을 통해 많은 사람들이 쉽게 활용할 수 있도록 제공하고 있다. 또한 이 빅데이터에 기반한 인공지능 예측모델은 추후 타물질로 확대하여 쉽게 적용 가능할 것으로 기대한다. 화학연 이미혜 원장은 “이번 결과는 데이터기반 소재개발 연구의 대표적 성공 사례이며, 향후 후속연구를 통해 연구데이터의 가치와 효용을 극대화하여 신소재 개발의 속도를 앞당기고, 다양한 분야에서 연구데이터의 수집 및 활용이 좀 더 활발해지길 기대한다.”라고 말했다. 이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 ‘미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)’ 7월호에 출판되었다. 관련 데이터와 인공지능 모델은 웹기반 열전소재 데이터 플랫폼인 ‘TEXplorer’(www.texplorer.org) 홈페이지에서 확인할 수 있다. 또한 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 수행됐다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research 클릭반응을 이용한 고성능, 고밀도의 탄소나노튜브 필름 제조기술 개발

KRICT 온새미로 클릭반응을 이용한 고성능, 고밀도의 탄소나노튜브 필름 제조기술 개발 정밀·바이오화학연구본부 클릭반응을 이용한 고성능, 고밀도의 탄소나노튜브 필름 제조기술을 개발한 화학연 연구팀(오른쪽부터 임보규 선임연구원, 정서현 선임연구원)     전 세계 반도체 산업은 향후 2030년까지 현재 기준 대비 약 2배 이상인 약 1조 달러 규모로 성장할 것으로 예측될 만큼 매우 중요한 미래산업으로 자리 잡고 있는 가운데, 국내 연구진이 ‘탄소나노튜브 반도체’를 이용한 고성능 트랜지스터 개발에 성공하였다. 화학연 임보규·정서현 박사 연구팀과 포항공과대학교 노용영 교수 연구팀은 꿈의 신소재로 불리는 탄소나노튜브 반도체를 이용하여 높은 재현성과 안정성을 갖는 트랜지스터를 개발하였다. 본 연구결과를 통해 탄소나노튜브 반도체 트랜지스터로의 활용뿐만 아니라, 향후 탄소나노튜브 기반 가스 센서 및 바이러스 감지센서 등 다양한 센서 플랫폼으로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 탄소나노튜브는 기존의 실리콘 반도체 대비 70배 이상의 월등한 전기적 물성을 보유하고 있는 것이 밝혀지며 전 세계적으로 큰 주목을 받아 왔다. 그런데 탄소나노튜브는 반도체성과 도체성이 혼합되어 있어, 지난 수년 동안 반도체성 탄소나노튜브의 선택적 분리를 통해 높은 성능의 탄소나노튜브 트랜지스터를 구현하고자 하는 연구가 집중되어 왔다. 하지만 필름 내의 탄소나노튜브의 밀도가 균일하지 않고 튜브 간의 연결성이 불규칙하기 때문에, 동일한 조건으로 제작된 탄소나노튜브 트랜지스터 간에도 성능 편차가 크고 재현성이 낮은 문제점을 가지고 있다. 또한, 이를 이용한 바이오센서 제작 시 세척 과정 중에서 필름이 탈착되어 소자 간의 민감도 차이가 크게 발생할 가능성도 있다. 이에 연구팀은 이러한 한계를 극복하여, 반응 시간을 조절하면서도 필름 내에 밀도를 쉽게 조절할 수 있으며, 짧은 반응 시간으로 고밀도의 탄소나노튜브 필름을 형성하는 기술을 개발하였다. 특히 2022년 노벨화학상 수상 내용이자, ‘아자이드(azide)’ 분자와 ‘알카인(alkyne)’ 분자가 핵심인 ‘클릭반응’이라는 매우 간단한 화학반응을 이용하여 우수한 재현성을 갖는 탄소나노튜브 필름을 형성하였다. 클릭반응은 두 개의 서로 다른 화학 작용기가 컴퓨터 마우스를 ‘클릭’하는 것처럼 짧은 시간에 결합을 형성하는 반응으로, 높은 열을 가하거나 복잡한 촉매의 도움 없이도 상온에서 쉽게 반응이 일어난다. 본 연구에서는 우선 ▲‘아자이드(azide)’가 도입된 고분자를 합성하여 반도체성 탄소나노튜브를 선택적으로 감아 분리하였다. 그리고 ▲‘아자이드’와 클릭반응 할 수 있는 ‘알카인(alkyne)’ 기반의 고분자를 합성하여, 이를 빛이나 열을 이용하여 유리 기판 등에 화학결합으로 고정화하였다. ▲이렇게 알카인이 고정화된 기판을 아자이드 고분자가 감겨있는 탄소나노튜브 용액에 넣고 클릭반응을 통해 탄소나노튜브 필름을 제조하였다. 본 기술로 제작한 탄소나노튜브 필름 기반의 트랜지스터는 기존 방식 대비 성능이 20배 이상 향상되었으며, 소자 간의 성능 차가 크지 않아 매우 균일한 특성을 보인다. 제조된 필름은 저농도의 탄소나노튜브 용액을 사용해도 5분 이내의 짧은 시간으로도 고밀도의 탄소나노튜브 필름을 형성할 수 있으며, 제작된 탄소나노튜브 필름은 기판과의 강력한 화학결합을 형성하여 다양한 용매 세척에도 떨어지지 않는 안정성을 가진다. 연구팀은 높은 신뢰성과 재현성의 전자소자 특성 구현 연구성과를 활용하여 수소센서 및 바이오센서 등 탄소나노튜브 전자소자 상용화를 위한 다양한 후속연구를 진행할 예정이다. 대표사진 삭제 본 연구결과는 화학공학 상위 3% 이내 저널인 ‘Chemical Engineering Journal’ 2022년 9월 온라인판에 게재됐다. 화학연 이미혜 원장은 “이번 성과는 높은 재현성을 갖는 탄소나노튜브 기반 전자소자의 새로운 플랫폼을 제시한 연구결과로, 그동안 탄소나노튜브 전자소자의 낮은 재현성 문제로 상용화가 어려웠던 만큼, 후속연구를 통해 탄소나노튜브 기반의 다양한 전자소자 상용화에 한 발짝 다가설 수 있는 계기가 되기를 희망한다.”라고 말했다. 이번 연구결과는 화학공학 분야 세계적 권위의 국제학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’ 온라인판 9월호에 게재됐다. 또한 이번 연구는 한국화학연구원 자체사업으로 수행되었다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research 100% 생분해되면서 눅눅해지지 않는 종이 빨대 개발

KRICT 온새미로 100% 생분해되면서 눅눅해지지 않는 종이 빨대 개발 정밀·바이오화학연구본부 해양과 토양에서 100% 생분해되면서 쉽게 눅눅해지지 않는 친환경 종이 빨대가 개발됐다. 대량 생산하기에도 쉬워 향후 식당이나 카페 내 플라스틱 빨대 규제에 대응할 수 있을 것으로 기대된다. 현재의 종이 빨대는 완전하게 종이만으로 만들어진 것이 아니다. 100% 종이만으로는 액체에 닿을 때 너무 눅눅해져서 빨대로서의 기능을 할 수 없기 때문에 표면을 코팅해야 한다. 코팅 물질은 주로 폴리에틸렌(PE)이나 아크릴 수지인데, 비닐봉투 또는 접착제와 같은 물질이다. 종이컵에도 종이 빨대에 코팅된 물질과 같은 물질이 코팅되고 있는데, 많은 해외 연구에서 사용 후 폐기 시 종이컵에 코팅된 폴리에틸렌이 분해되지 않고 작은 입자로 떨어져 나와 미세플라스틱을 생성시킬 수 있다고 보고됐다. 또한 종이와 플라스틱 서로 다른 두 물질이 합쳐져 있으므로 종이로도 플라스틱으로도 재활용이 어렵다. 사용할 때도 기존 종이 빨대는 불편한 점이 있다. 음료에 오래 두면 눅눅해지고, 탄산음료를 마실 때 종이 빨대의 표면 특성 때문에 거품이 다량 발생하기도 한다. 현재 종이 빨대의 대체제로는 폴리락틱산(PLA) 빨대, 쌀 빨대가 있다. 그러나 폴리락틱산(PLA) 일명 옥수수 플라스틱 빨대는 해양에서 잘 분해되지 않고, 쌀 빨대는 분해는 잘 되나 대량 생산이 어려워 가격이 비싸고 단면이 날카롭다는 단점이 있다. 화학연 오동엽-곽호정 박사팀과 서강대학교 박제영 교수 공동 연구팀은 100% 생분해되면서 기능이 기존 종이 빨대보다 우수하며 대량 생산이 쉬운 친환경 종이 빨대를 개발했다. 연구팀은 대표적 생분해 플라스틱인 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)를 자체 기술력으로 합성한 후, 여기에 셀룰로오스 나노크리스탈을 소량 첨가해 코팅 물질을 만들었다. 첨가된 셀룰로오스 나노크리스탈은 종이의 주성분과 같은 성분이라 종이와 잘 붙는다. 따라서 종이 빨대를 코팅할 때, 종이 표면과 생분해 플라스틱을 단단히 붙여주는 역할을 한다. 기존 종이 빨대는 코팅 시 플라스틱을 이렇게 단단히 붙여주는 역할을 하는 물질이 없었다. 그래서 표면이 플라스틱으로 균일하게 코팅되지 않아 사용할 때 불편한 점이 있었다. 가장 큰 불편함은 코팅되지 않은 부분에 음료가 닿아 빨대가 눅눅해진다는 점이다. 또한 탄산음료에 종이 빨대를 넣으면 쉽게 거품이 일었다. 코팅되지 않은 종이 부분이 물과 쉽게 결합하고 코팅된 플라스틱 부분은 물을 밀어내는 성질을 가져, 탄산음료에 종이 빨대의 불균일한 표면이 부딪히기 때문이다. 그런데 연구팀이 개발한 새로운 종이 빨대는 코팅 물질이 균일하고 단단하게 붙어, 쉽게 눅눅해지거나 거품을 많이 일으키지 않는다. 게다가 코팅 물질 자체가 종이와 생분해 플라스틱이기 때문에 100% 썩어 없어진다. 연구팀은 친환경 종이 빨대가 찬 음료뿐만 아니라 뜨거운 음료 속에서도 일정한 성능을 유지하는 것을 확인했다. 또한, 물이나 차, 우유나 기름이 포함된 음료, 탄산음료 등 다양한 음료를 휘젓거나 오랜 시간 사용해도 눅눅해지거나 구부러지지 않는 것을 확인했다. 눅눅해진 정도를 실험한 결과, 기존 종이 빨대는 5℃ 찬물에 1분간 담갔다 꺼낸 후 약 25g 무게 추를 걸었을 때 심하게 구부러졌다. 반면에 연구팀이 개발한 종이 빨대는 같은 조건에서 50g 이상의 무게 추를 올려도 잘 구부러지지 않았다. 개발된 빨대는 바다에서도 분해가 잘 되는 것으로 나타났다. 일반적으로 바다는 온도가 낮고 염도 때문에 미생물 증식이 어려워 종이나 플라스틱의 분해가 토양에서보다 훨씬 느리다. 연구팀은 포항시 북구 흥해읍 오도리 인근 해안의 수심 1.5-2m 깊이에 빨대 샘플을 담가 해양환경에서 분해를 시험하였다. 일반 플라스틱 빨대와 옥수수 플라스틱 빨대는 120일 동안 전혀 분해되지 않았다. 기존 일반 종이 빨대는 형체를 보존했고 총 무게의 불과 5%만 감소했다. 반면 연구팀이 개발한 빨대는 60일 동안 무게가 50% 이상 감소했고 120일 후에는 완전히 사라졌다. 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF:17.52)에 ‘Biodegradable, Water-resistant, Anti-fizzing, Polyester Nanocellulose Composite Paper Straws’라는 제목으로 2022년 11월 21일 게재되었고, 누구나 열람할 수 있다. 연구책임자 오동엽 박사는 “본 기술은 플라스틱 시대에 살고있는 우리가 나아가야 할 방향을 제시한 작은 사례이다. 우리가 자주 사용하는 플라스틱 빨대를 종이 빨대로 바꾼다고 바로 그 효과가 즉각 나타나진 않겠지만 시간이 지나면 그 차이는 클 것이다. 사용하기 편한 일회용 플라스틱들부터 다양한 친환경 소재로 차근차근 바꾼다면, 미래 환경은 우리가 걱정하는 것보다 훨씬 나아질 것이다.”라고 말했다. 이번 성과는 과학기술정보통신부의 나노 및 소재기술개발사업과 한국화학연구원 기본사업, 산업통상자원부의 생분해성 바이오플라스틱 제품화 및 실증사업의 지원으로 수행되었다.

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research 얇은 이차원 반도체를 광(光)땜질로 가공하는 차세대 반도체 기술 개발

<span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "> KRICT 온새미로   얇은 이차원 반도체를 광(光)땜질로 가공하는 차세대 반도체 기술 개발 의약바이오연구본부 광땜질을 위한 레이저 조사 준비 중인 김현우 박사   얇은 원자층으로 이루어진 이차원 반도체를 빛으로 땜질해 가공하는 차세대 반도체 기술이 개발됐다. 향후 고용량 반도체 메모리, 투명 유연 디스플레이, 웨어러블 바이오 센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이차원 박막 반도체는 그래핀처럼 얇은 두께, 투명성, 유연함 등의 장점을 가지고 있으면서도 그래핀과 달리 반도체 성질을 띠고 있어 2010년 첫 발견 이후 차세대 디스플레이, 광센서 소자, 반도체 소자로 주목받고 있다. 이차원 박막 반도체를 반도체 소자 등으로 활용하기 위해서는 표면에 패턴·회로를 만드는 기술, 즉 실시간 패터닝 가공 기술이 필요하다. 하지만 이차원 박막 반도체는 두께가 원자층(단층두께 ~0.62 nm) 정도로 매우 얇아 손상이 잘 된다는 한계를 가지고 있다. 기존 반도체 가공기술인 열가공, 이온 주입, 플라즈마 등은 박막 표면이 손상될 위험이 있다. 또한 원하는 위치에 패터닝하기 위해서는 추가비용과 공정이 필요하다. 가공시간이 수 분에서 수 시간까지 길어져 생산성이 떨어지는 단점도 있다. 화학연 김현우 박사, 한국표준과학연구원 신채호 박사, 전북대학교 김태완 교수 공동연구팀은 이차원 박막 반도체 위에 레이저 빛을 쏘아서 납땜질하듯이 패터닝하는 가공 기술을 개발했다. 이 기술은 박막 반도체 손상 없이, 수초 내에 거의 실시간으로 원하는 곳에 패터닝할 수 있어 응용 가능성이 매우 높다. 연구팀은 이차원 박막 반도체 밑에 인듐나노입자를 깔고 특정 세기의 빛을 쏘았다. 빛은 반도체 물질에는 영향을 주지 않으면서 인듐나노입자를 녹인다. 녹은 인듐나노입자는 그 위의 반도체 물질을 끌어당겨 함께 붙어버린다. 이때 반도체 표면이 패이면서 굴곡 구조, 즉 패턴이 형성된다. 이렇게 패터닝된 곳은 전자의 활동 에너지 범위(밴드갭)가 달라지면서 물질의 특성이 부분적으로 변한다. 광땜질로 가공된 이차원 박막 반도체의 표면 구조는 빛과 상호작용할 수 있어, 차세대 광전소자, 바이오 센서 등에 활용될 수 있다. 특히 빛의 위치나 세기, 조사 시간 등에 의해 표면 구조가 달라져서 원하는 성질로 다양하게 가공할 수 있다. 연구팀의 연구결과는 광과학·재료 분야 세계 최고수준 저널인 ‘Advanced Optical Materials’ (Impact factor: 10.05)에 2022년 9월 게재되었다. 연구책임자 김현우 박사는 “광땜질(optical soldering) 기술은 입사광을 조절해 패터닝과 물질 특성을 정밀하게 가공할 수 있으며, 수 초 이내에 실시간 가공할 수 있기 때문에 응용 가능성이 매우 높다. 광땜질 기술을 이용해 향후 유연 투명 디스플레이, 고감도 바이오 센싱 기술 개발 등의 연구를 수행할 예정이다.”고 말했다. 위 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 소재 측정분석 서비스 사업(NRF), 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, 전북대 한국연구재단 사업으로 공동 수행됐다. <span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "><span font-size:="" malgun="" style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: ">

  • 등록일2023-01-30
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Krict Research 플라스틱 첨가제 ‘비스페놀 A’의 대체제인 ‘비스페놀 F’의 신경독성을 밝혀내다

KRICT 온새미로 플라스틱 첨가제 ‘비스페놀 A’의 대체제인 ‘비스페놀 F’의 신경독성을 밝혀내다   의약바이오연구본부   제브라피쉬 동물모델을 활용한 신경계 대사체 분석 플랫폼기술을 개발한 화학연 연구팀 (좌로부터 배명애 책임연구원, 김성순 박사후연구원, 조성희 책임연구원)   국내 연구진이 차세대 실험동물로 주목받고 있는 제브라피쉬 동물모델을 활용한 대사체분석 플랫폼을 통해, 플라스틱 첨가제 물질인 ‘비스페놀 A(bisphenol A)’의 대체제인 ‘비스페놀 F(bisphenol F)’의 신경계 교란 및 독성 기전을 세계 최초로 규명하였다. 비스페놀 A는 투명하고 높은 강도 및 내열성을 갖는 소재로 물병, 유아용 젖병, 식품보관 용기, CD나 DVD, 건축용 패널까지 널리 사용됐으나, 체내 호르몬인 ‘에스트로겐’ 구조와 유사하여 내분비계 교란물질로 알려져 유아용 젖병 등에 사용이 금지되고 이외의 제품에도 제한적으로 사용된다. 비스페놀 F는 ‘비스페놀 A’의 대체재로 화학적 구조와 물성이 유사한 물질이다. 화학연 배명애·조성희 박사 연구팀은 서울과학기술대학교 김기태 교수 연구팀과의 공동 연구를 통하여 기존 유해물질의 대체물질로부터 국민건강을 보호하기 위한 선제대응 측면에서, 대체물질의 신경계 교란 및 독성 기전을 신속하게 규명할 수 있는 기술개발에 성공하였다. 연구팀이 개발한 ‘신경계 교란 및 독성 기전 신속 규명 기술’을 통해서 플라스틱 첨가제, 가소제 등 산업계의 다양한 대체물질들의 신경계 교란 및 독성 기전을 규명하여, 보다 안전한 국민 생활환경을 구축할 수 있을 것으로 전망된다. 2040년 바람직한 미래 한국사회의 모습을 전망하고 이를 과학 기술적 측면에서 달성하기 위해 수립된 국가차원의 목표와 전략인 2040 과학기술미래비전 하의 ‘안전한 생활환경구축 기술’ 및 ‘유해성 물질 관리 기술’ 개발을 실현하기 위해, 기존 위해성이 알려진 화학물질을 대체할 수 있는 다양한 대체제들이 개발되고 있지만 이들의 독성평가 및 기전연구가 제대로 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 특히 체내 호르몬인 에스트로겐 구조와 유사하여 내분비계 교란물질로 알려져 유아용 젖병 등에는 사용이 금지된 비스페놀 A를 대체하기 위한 다양한 대체제들이 개발되어 왔지만, 이러한 대체재들 역시 비스페놀 A와 구조적으로 유사하여 생식 독성이 그대로 보전될 수 있다는 사실이 연구로 밝혀졌다. 하지만 아직까지 신경 및 행동계에서의 교란 장애 및 독성 기전은 명확하게 규명한 사례가 없었다. 이에 연구팀은 일반 생활환경 중에서 존재하는 비스페놀 F의 실제 농도(0.001~0.1mg/L)를 모사하여 생태 독성 평가 모델인 제브라피쉬에 28일 동안 노출하였고, 행동학·대사체학·전사체학을 종합적으로 분석하여 비스페놀 F 노출에 의한 뇌 신경계 교란 및 독성 기전을 규명하였다. 비스페놀 F는 외부물질의 침투를 막고 뇌를 보호하는 역할을 하는 혈-뇌 장벽 (Blood-brain barrier)을 쉽게 투과하고, 제브라피쉬 뇌 조직에 축적되는 결과를 보여주고 있다. 연구팀은 환경 중 존재하는 미량의 비스페놀 F가 뇌 신경계 교란을 일으키기 위해 생체 내, 특히 뇌로 들어갈 수 있는지 확인하기 위하여 검사를 진행하였으며, 미량의 비스페놀 F가 제브라피쉬의 혈-뇌 장벽(blood-brain barrier)을 투과하여 실제 뇌 조직에 축적되는 것을 확인하였다. 또한, 이후 다양한 행동학적 검사를 통하여 새로운 환경에 대한 불안 반응이 증가하며, 먹이 탐색을 위한 인지·기억력이 저하되는 것을 확인하였다. 연구팀은 본 성과를 토대로, 향후 기존 유해 화학물질을 대체하기 위한 다양한 대체물질 개발 분야에서 신경독성 평가를 위한 플랫폼 표준화를 통해 신경계 교란 및 독성 기전 신속 규명 기술을 더욱 발전시킬 예정이다. 화학연 이미혜 원장은 “이번 결과는 대체 화학물질의 신경계 교란 및 독성 기전 규명 연구의 대표적 성공 사례이며, 향후 후속연구를 통해 대체물질에 의한 신경독성 평가 플랫폼을 조속히 표준화하여, 기존 위해성이 알려진 화학물질을 대체할 수 있는 대체제 개발을 앞당기길 기대한다.”라고 말했다. 이 같은 연구성과는 환경분야의 저명한 국제 학술지 ‘종합환경과학(Science of the total environment, IF:10.7)’ 2022년 8월호에 논문명 ‘비스페놀 F에 만성 노출된 제브라피쉬 모델에서의 신경 독성 및 작용 기전 규명’(Mechanismof action and neurotoxic effects of chronic exposure to bisphenol F in adult zebrafish)으로 게재됐다. 또한 이번 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 환경부 생활화학제품 안전관리 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

  • 등록일2023-01-30
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People&Collabo 감염병 방역의 신기원을 향해

KRICT 일비 감염병 방역의 신기원을 향해 한국화학연구원 X (주)유이케미칼 21세기 인류사의 대사건으로 기록될 코로나19 바이러스 사태의 여진이 계속되고 있습니다. 높은 전파력의 변이 바이러스들로 사실상 대규모 감염 예방이 어려워진 상황 속에서 세계 각국 시민들의 일상은 이제 일상 회복의 기운이 완연합니다. 포스트 코로나 시대가 오고 있는 것이지요. 코로나 팬데믹의 여파로, 계속되는 변이 바이러스와 앞으로 언제 발생할지 모르는 신변종 바이러스에 대응하기 위한 감염병 대응 전략과 노력들도 주목을 받고 있는데요. (주)유이케미칼도 새로운 방역 패러다임의 포스트코로나 시대를 준비하는 중소기업들 중 한 곳입니다. 세계에서 두 번째로 큰 환적항 부산을 무대로 글로벌 강소기업의 꿈을 키우고 있는 이들의 자신만만함 뒤에는 화학연의 기술이 탄생시킨 세계 최초의 ‘무독성 친환경 바이러스 세정제’가 있습니다.     연구자의 마음을 움직인 솔직함 김성철 (주)유이케미칼 대표는 국제 해운의 중심지인 싱가포르에서 선박용 탱크 세정제를 유통·판매하던 비즈니스맨입니다. 그는 오랜 기간 물류 분야에서 쌓은 경험을 바탕으로 독자적인 상품개발을 모색했습니다. 화학제품 등을 운반하는 화물선은 하역작업을 마치고 나면 반드시 세척제로 화물창을 청소해야 합니다. 그리고 청소를 마친 후 이 세척제는 그대로 바다에 버려지게 됩니다. 국제해사기구(IMO)가 해양오염방지협약에 따라 선박 청소에 사용되는 세척제를 매우 엄격하게 관리하고 있는 것도 이 때문인데요. 전 세계적인 감염병 사태가 계속되며 세척제 사용량이 크게 늘어나는 추세를 지켜본 김 대표는 더욱 뛰어난 바이러스 세정 기능의 세척제를 만들어 공급해보자는 꿈을 키우게 됩니다. 진입은 힘들지만 성공하면 안정적인 수익이 보장될 수 있는 매력적인 사업영역이었습니다. 하지만 무역인으로 과학기술과는 인연이 없던 김 대표는 관련 특허와 논문을 뒤지던 중에 눈에 띄는 한국인 연구자 한 사람을 찾았습니다. 계면활성 물질 분야의 세계적 권위자인 화학연 박종목 박사였습니다. 2018년 무작정 박종목 박사를 찾아온 김 대표는 관련 기술의 이전을 요청했습니다. 많은 시간 상담을 통해 김 대표의 꿈과 의지를 파악한 박종목 박사는 고민했습니다. 원천기술이 있어도 상용화까지는 많은 투자와 후속 연구개발이 필요하기 때문입니다. 김 대표에게는 관련 경험은 물론 유무형의 기반도 전혀 없는 상태였습니다. 하지만 과거 비슷했던 사례의 열정이 다시 떠올랐습니다. 알음알음 그를 찾아와 투박한 경상도 사투리와 막힘없는 솔직한 태도로 새로운 금속가공류 방청 첨가제 개발의 필요성을 역설하던 진호환 (주)대송정밀화학 대표의 기억이 되살아났습니다. 이 회사가 새로 개발하고자 했던 고성능 방청첨가제는 아주 적은 미량의 핵심물질이 성능을 좌우하기 때문에 분석과 실험 모두 오랜 시간을 요구하는 일이었습니다. 하지만 두터운 신뢰감을 바탕으로 약 5년여에 걸쳐 연구개발에 몰두한 박종목 박사와 대송정밀화학은 결국 다국적 기업이 독점하고 있던 비수용성 고성능 방청제의 완전한 국산화에 성공하게 됐지요.     선박 세척제 넘어 신개념 세정제로 이번에도 기업가의 순수한 열의가 박종목 박사의 마음을 움직였습니다. 회사의 기술력부터 현재 처해 있는 형편까지 모든 것을 솔직하게 털어놓고 도움을 구하는 김성철 대표의 모습에 인간적인 신뢰가 생기지 않을 수가 없었습니다. 무엇보다 좋은 제품, 좋은 회사를 만들고자 하는 열정과 숨김없는 솔직함이 다시 한번 그에게 앞뒤 잴 것 없이 무조건 도와야 한다는 마음을 갖게 했습니다. 박종목 박사와 만난 후 한국에 신생기업 (주)유이케미칼을 설립한 김 대표는 새로 뽑은 연구원들과 함께 기술이전에 힘을 쏟게 됩니다. 김 대표가 필요로 하는 고성능 세정제는 오랜 시간 계면활성 물질들을 연구해온 박종목 박사에게 그리 어려운 일이 아니었습니다. 박종목 박사의 도움으로 유이케미칼은 중성, 산성, 알칼리 등 화물 종류에 따른 4종류의 친환경 세척제 개발에 성공했습니다. 그리고 이 중 3가지 세척제가 IMO의 까다로운 심사를 통과하며 먼저 국내 유통 단계에 들어갈 수 있게 됐지요. 이 과정에서 한층 혁신적인 사업화 아이템도 발굴했습니다. 세포독성, 부식성, 악취를 획기적으로 줄여 선박의 화물창뿐만 아니라 밀폐된 공간 어디에서도 안전하게 살포할 수 있는 무독성 친환경 바이러스 사멸 세정제를 개발한 것입니다. 코로나19는 물론 전 세계 축산업과 식량 물가에 큰 영향을 미치는 조류독감, 아프리카돼지열병 같은 가축 전염병까지 외피가 인지질로 이뤄진 바이러스 대부분에서 효과가 확인돼 향후 감염병 예방과 방역의 신기원을 이룰 만한 기술이었습니다. 하지만 변수가 발생했습니다. 박종목 박사와 호흡을 맞춰온 (주)유이케미칼 연구원들이 저마다의 사정으로 하나둘씩 퇴사하게 된 것입니다. 그간의 노력이 모두 수포로 돌아갈 수도 있는 상황. 어떻게든 기업을 살리고자 했던 박종목 박사는 화학연의 디딤돌플러스 사업으로 돌파구를 마련했습니다. 후보물질 발굴과 분석, 장비 이용, 연구원 재교육 등의 지원 사업을 활용해 자칫 중단될 뻔한 연구개발의 물꼬를 다시 튼 것입니다.     “30초 만에 사멸” 무독성 친환경 바이러스 세정제 박종목 박사는 새로 입사한 (주)유이케미칼의 신입 연구원들과 처음부터 다시 시작한다는 마음으로 제품 완성에 힘을 쏟았고 결국 산업용 세척제 사업화와 방역제 관련기술들의 개발을 완수하는 데 성공합니다. 이제 남은 목표는 유이케미컬의 글로벌 시장 진출. 화학연의 디딤돌플러스 사업을 연결고리로 산업부 공공혁신수요기반 신기술사업화 과제까지 수행하게 된 (주)유이케미칼은 현재 충북대·부산대병원과 함께 새로 개발한 비이온계 방역제의 검증과 인허가에 박차를 가하고 있는데요. 실험동물의 신장 상피세포를 이용해 바이러스 사멸 효과와 세포독성을 테스트한 결과, 세포 독성이 발현될 수 있는 농도의 1/50 농도인 0.001%만으로도 99.99%의 코로나바이러스를 30초라는 짧은 시간에 사멸시키는 우수한 효과를 나타냈습니다. 이에 따라 인체에 무해하면서도 반복되는 감염병 바이러스 전염 차단에 효과적인 새로운 무독성 친환경 세정제 탄생의 기대감이 더욱 높아지게 되었지요. 김성철 (주)유이케미칼 대표는 “화학연과 박종목 박사님의 도움으로 선박용 세정제는 물론 코로나19 바이러스와 동물방역 분야에서도 기업의 새로운 미래 가치를 찾을 수 있게 됐다”면서 “이를 토대로 세계적인 세정 및 방역 전문기업으로 성장할 수 있도록 노력하겠다”고 포부를 밝히고 있는데요. 잔뜩 움츠렸다 점프하는 개구리처럼 포스트코로나 시대를 향해 다시 한번 힘차게 전진하는 대한민국의 중소기업들, 그리고 그들의 오랜 지원군이자 든든한 동반자인 화학연의 발걸음에 행운이 가득하기를 기대합니다.

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