- 세포막의 이온농도 조절 특성을 통해 바이오센서 검지능력 향상 - 의료·방역·환경 감시까지 폭 넓은 확장성 국내 연구진이 세포막을 이용해 민감도를 획기적으로 개선한 바이오센서 원천기술을 개발하는 데 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학연구소 유용상 박사, 센서시스템연구센터 김철기 박사팀이 고려대학교(고려대, 총장 정진택) 화공생명공학과 안동준 교수팀과의 공동연구를 통해 ‘전기신호를 이용하는 분자 검출기술(FET, 전계효과 트랜지스터)’의 민감도를 획기적으로 끌어 올리는 기술을 개발했다고 밝혔다. 전기신호를 이용하는 센서 기술인 FET 기반 분자검출 기술은 그간 바이러스, 단백질, DNA 등 다양한 분자를 검출할 수 있다는 장점에도 불구하고 상용화가 쉽지 않았다. 검출물의 용액 내에 존재하는 이온 및 전하의 농도가 높을수록 분자 검출 가능 영역이 얇아지기 때문이다. 예를 들어 혈액 한 방울의 경우 분자 검출 가능 영역은 검출하려는 분자보다도 얇은 1나노미터(nm) 수준에 불과해 분자가 검출부에 부착되었더라도 전기신호 관측이 어려웠다. 이에 따라 학계에서는 혈액 등의 검사 대상 용액을 최대 10만 배까지 희석하는 등 다양한 전략을 통해 분자검출 능력을 높이기 위해 애썼지만 별다른 성과를 거두지 못하고 있었다. 연구팀은 이 같은 걸림돌을 제거할 아이디어를 사람의 세포막에서 얻었다. 인체의 세포막은 세포 안팎의 이온 농도를 조절할 뿐만 아니라 고농도 이온이 세포 내부로 침투하는 것을 억제한다. 연구팀은 세포막의 이 같은 특성에 주목했다. 기존의 FET 기반 분자검출 칩 표면에 세포막을 도포하는 실험을 거듭한 끝에 고농도 이온 용액에서도 별도의 전처리 없이 분자검출이 가능하다는 것을 확인했다. ‘세포막-FET(Lipid-FET)’로 명명된 새로운 기술은 기존처럼 검사 대상 용액을 10만 배 이상 희석하지 않고 혈액 원액 그대로도 기존 센서보다 민감하게 원하는 분자를 검출할 수 있다. 이는 현재까지 전 세계적으로 보고된 전계효과 기반 분자검출기술 중 가장 뛰어난 성능을 나타내고 있는 것으로 확인됐다. 이번 연구성과와 관련해 더욱 주목할 만한 부분은 해당 기술이 치매 단백질 등 다양한 질환을 진단할 수 있을 뿐만 아니라 바이러스성 감염병과 미세 플라스틱 등 의료, 보건, 환경 등 바이오센서 전반에서 광범위하게 응용이 가능한 플랫폼 기술이란 점이다. KIST 유용상 박사는 “IT, NT, BT 등 여러 분야의 공동연구진이 융합연구를 통해 개발한 세포막-FET 분자검출 기술은 현재 전기적 신호를 이용해 분자를 검출하는 모든 시스템에 바로 적용할 수 있는 기술”이라고 말했으며, KIST 김철기 박사는 “세포막에 흡착돼 단백질 변성을 일으킨다고 알려진 치매, 파킨슨병, 당뇨병 등과 같은 질병뿐만 아니라 코로나19, 조류독감 등 극미량의 감염병 바이러스를 더욱 신속하고 정밀하게 진단하는 기술 등 다양한 연구분야에 폭넓게 적용될 수 있게 하는 연구를 병행하고 있다.”라고 밝혔다. 고려대 안동준 교수는 “본 기술을 확장하여 다양한 사회 문제 해결과 인류의 삶의 질 향상에 전반적으로 기여할 수 있게 되기를 바란다.”라고 말했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 KIST 주요사업, KU-KIST 사업 및 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 융합기술 분야 권위지인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.795%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Ionic contrast across a lipid membrane for Debye length extension: towards an ultimate bioelectronic transducer - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이동근 학생연구원 - (제 1저자) 고려대학교 화공생명공학과 정우혁 - (교신저자) 고려대학교 화공생명공학과, KU-KIST융합대학원 안동준 교수 - (교신저자) 한국과학기술연구원 유용상 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김철기 책임연구원 <그림 설명> [그림 1] KIST, 고려대 공동연구진이 개발한 세포막-전계효과트랜지스터의 분자 검출에 대한 모식도 [그림 2] KIST, 고려대 공동연구진이 개발한 세포막-전계효과트랜지스터 바이오센서

KIST 도핑콘트롤센터는 국제 반도핑 기구인 WADA(World Anti-Doping Agency)의 회원으로 국내외에서 개최되는 국제 스포츠 행사에 참가하는 전 세계 선수들의 도핑 시료 분석을 진행하고 있습니다. 이는 특정 국가의 이익을 대변하는 것이 아닌, 스포츠의 공정성을 강화해 대회에 참가하는 선수들의 정당한 경쟁을 보장하기 위한 필수적인 사항입니다. 2018년 우리나라에서 열린 평창 동계올림픽에서도 일본을 포함한 각국의 도핑 전문가들이 함께 도핑 업무에 힘을 모은 바 있습니다. 도쿄 올림픽에 파견된 KIST 연구원들은 미국, 브라질 등 전 세계에서 초빙된 도핑 연구 전문가들과 함께 각국 선수들의 시료 분석 업무를 맡게 됩니다. KIST 도핑콘트롤센터의 이번 올림픽 도핑 지원활동은 우수한 기술력으로 전 세계인의 공정한 경쟁에 힘을 보탤 수 있는 기회가 될 뿐 아니라 WADA 회원 기관으로 당연히 수행해야할 의무이기도 합니다. 또한, 각국의 전문가가 참여해 최신 도핑 기술을 공유함으로써 우리의 도핑 기술 또한 한 단계 발전할 수 있는 계기가 될 것으로 기대됩니다. 향후에도 KIST 도핑콘트롤센터는 도핑 분야에 있어서 세계 최고 수준의 분석 기술을 유지하기 위해 최선의 노력을 다하겠습니다.

국제 반도핑 기구인 WADA(World Anti-Doping Agency)는 아프리카, 미주, 아시아, 유럽, 오세아니아 지역의 38개국이 회원이라고 되어있습니다. 스포츠 대전마다 각국의 도핑 전문가들이 함께 도핑 업무에 힘을 모은 바가 있다고 하시는데, 이번에 문제된 호르몬과 유사 금지약물의 모든 분석 기술은 미국, 브라질, 한국만이 가지고 있었다고 알고 있습니다. 만약 스포츠 대전마다 모든 기술을 공유하고 전수하여 주었다면 38개국 회원이 관련된 기술을 모두 가지고 있었을 것입니다. 2018년에 일본에서 평창올림픽에 와서 기술을 공유하였다면 일본이 기술을 이미 가지고 있었을텐데, 없었던 것을 보면 이번에 문제된 분석기술이 평창올림픽~도쿄올림픽 사이에 개발된것으로 보이는데 맞나요? 평창올림픽~도쿄올림픽 사이에 개발된 것이 아니라면 평창올림픽때는 각국의 전문가가 시료분석업무를 도왔긴 하였지만 한국이 도핑기술을 전수하지는 않았던 거겠죠. 호르몬과 유사 금지약물의 모든 분석 기술을 한국이 wada이 모든 회원국에게 전수하지 않는 이상 이는 특정국가의 이익을 대변하는 것이 됩니다. 다행히 제가 쓴 글은 지우시지 않으셨지만, 몇몇 글들은 지우셨더라구요 특정국가의 이익을 준 것이면서도, 스포츠 공정성 및 회원국을 운운하며, 책임을 피해가시려고 하셨다면 실망이 큽니다. 한국을 위해서 열심히 일하시고, 도핑기술에 큰 발전을 이뤄주신 것 또한 kist에서 한국기술에 많은 공헌을 하고 있는 것은 알고 있습니다. 다만 열심히 일해서 일궈진 미래산업의 씨앗이 물거품이 되지 않기를 바랍니다. 또한 전수해준 기술을 가지고 일본이 발전시켜 또 다른 수출규제품목이 되지 않기를 바랍니다.

김종식·하헌필 박사팀, '질소산화물'로 하·폐수 정화 소재 개발 기존 라디칼 대비 효율 7배, 촉매가격 낮춰 "택배 왔습니다~" 연구실에 도착한 택배 상자에 연구원들이 들떠 보인다. 안에 든 것은 끈적해 보이는 액체. 밑에는 오물까지 깔려있다. 택배 정체를 물으니 염색공장에서 나온 폐수란다. '잘못 온 게 아닐까? 버려야 하나?' 생각할 찰나 폐수는 이미 냉장고에 정리됐다. 일주일에도 서너 번씩 연구실에 도착하는 폐수는 김종식·하헌필 극한소재연구센터 박사팀에게 보물과도 같은 존재다. 수년간 굴뚝, 대형선박 등에서 뿜어져 나오는 대기오염물질 (질소산화물 등)을 처리할 수 있는 탈질촉매를 연구한 두 연구자가 이번엔 하·폐수정화연구에 의기투합했다. 기존 수처리 대비 더 깨끗하면서 저렴하고 빠르게 오염물질을 분해하는 것이 목표다. 재밌는 성과도 냈다. 미세먼지 원인물질 '질소산화물'로 하·폐수 정화 소재를 개발하는데 성공했다. 오염물질로 악역만 해왔던 질소산화물의 새로운 발견에 기업에서도 큰 관심을 보이고 있다. 국내환경기업에 기술 이전됐고, 다이텍연구원을 비롯한 KIST 출자기업 삼성블루텍 등 국내 유수 수처리 회사/산업계와 산업화를 협업 중이다. 하헌필 박사는 "빠르면 1년, 길어도 3년 안에 상용화가 될 수 있을 것"이라고 말했다. 김종식·하헌필 박사팀 연구팀 모습 고온 공정 필요 없다…질소산화물+공기 흘려 완성 "질소산화물은 미세먼지 원인 물질로 꼽히면서 우리 연구실에서도 처리대상으로만 여겼죠. 하지만 이번 실험을 통해 더는 기피 대상이 아니라는 개념을 제안했습니다. 사용되는 질소산화물은 미량이지만 새로운 수처리 패러다임을 보여줬다고 생각합니다."(김종식 박사) 우리나라의 공장과 각 가정에서 배출되는 하·폐수는 환경기준치에 맞게 처리돼 배출되지만, 물에 포함된 페놀, 비스페놀A 등 분해하기 어려운 난분해성 유기물이 문제가 되고 있다. 난분해성 유기물을 제거하기 위한 방법이 있긴하지만 단점이 많다. 1. 응집제를 넣어 난분해성 유기물을 바닥에 침전시켜 제거하는 방식은 침전물들을 다시 제거해야 하는 별도의 공정이 필요하고, 2. 유기물 분해제(OH 라디칼)로 변하는 물질인 과산화수소(H2O2)나 오존(O3)을 과량 주입해 유기물을 물, 일산화탄소, 이산화탄소 등으로 변환시켜 제거하는 방법은 일회성으로 재사용이 어렵다. 효율적이지 못한 방식을 대체하기 위해 기존 분해제보다 수명이 길면서 유기물 분해능력 또한 우수한 NO3 분해제가 주목받지만, 이 역시 완벽하지 못하다. NO3 분해제는 방사성 물질 존재 하에 매우 큰 에너지를 주입하거나, 극한의 산성 조건 등 까다로운 조건을 만족시켜야만 만들 수 있어 일상용으로 사용할 수는 없었다. 두 연구자는 처리 대상으로만 여겨졌던 질소산화물로 오염된 물을 정화하는 NO3분해제(라디칼)를 만드는데 성공했다. 질소산화물을 라디칼화한 것은 처음이다. 왜 질소산화물일까. 질소산화물은 미세먼지 발생 등 우리에게 피해를 주지만 잘만 활용하면 기상 탈질용 촉매의 성능을 높인다고 알려진다. 하헌필 박사는 "물을 정화시키거나, 공기를 정화시키기 위한 촉매개발은 유사한 점이 많다. 무엇보다 원자구조, 전자구조들이 어떤 형태를 이루는가 등을 연구하는 것이기 때문에 기상 탈질용 촉매 아이디어 중 일부를 차용해 연구를 시작했다"고 설명했다. 연구진은 질소산화물을 표면에 잘 붙일 수 있는 금속산화물(이산화망간)을 찾고, 공기와 질소산화물을 150℃ 이하의 저온에 흘려주는 것만으로 이산화망간에 질소산화물을 쉽게 고정하는데 성공했다. 기존 황산화물을 수처리 촉매표면에 고정하는데, 400C 이상 열이 필요해 150℃는 저온 영역으로 분리한다. 이렇게 만들어진 NO3 분해제는 염색폐수 실험을 통해 기존 분해제보다 하·폐수 정화효율이 5~7배 높았다. 저온에 공기와 질소산화물만 흘려주면 되니 손쉽게 대량생산할 수 있고 공정 비용도 기존 촉매(철염) 대비 30% 이상 저렴했다. 또 일회용으로만 사용할 수 있었던 촉매와는 달리 최소 10번 이상 재사용 가능했다. 김종식 박사는 "우리가 개발한 촉매를 거친 폐수는 수처리 규제보다 훨씬 더 많은 질소와 탄소를 제거했다"며 "기존의 하·폐수 처리 공정에 바로 적용할 수 있다"고 설명했다. "논문에 그치는 연구 지양, 역량 모두 쏟아 상용화할 것" "실제 폐수를 구하는 데만 6개월이 걸렸죠. 상용화 단계를 조금이라도 줄이기 위해 처음부터 폐수에 적용했습니다."(김종식 박사) 김종식 박사는 연구하면서 실제 폐수를 구하는데 과정이 쉽지 않았다 토로했다. 공장에 샘플을 요청했지만 배출되는 오염수가 자연스럽게 분석되니 꺼리는 곳이 많았다. 김 박사는 미세먼지 전구체인 기상 질소산화물을 제거(탈질)하는 촉매를 개발해 기업에 이전하고 상용화시킨 하헌필 박사에게 도움을 요청, 대구섬유개발연구원으로부터 폐수를 지원받을 수 있었다. 두 연구자가 폐수 구하기에 사활을 건 것은 산업계에 필요로 하는 연구를 우선시하기 때문이다. 김 박사팀이 KIST 내에서도 다양한 촉매연구를 상용화하며 과학기술 및 산업발전에 기여한 연구자로 꼽히는 이유다. 실제 일주일에도 서너 번씩 배달오는 폐수를 냉장고에 꽉 채운 김 박사는 실제 폐수로 다양한 실험을 했고, 실제 폐수로 연구한 만큼 상용화도 빠르게 진행 중이다. 하 박사는 "논문에 그쳐 상용화가 안 될 것 같은 연구는 빨리 포기한다. 이번 성과는 상용화가 충분히 가능하다고 생각해 기술완성도를 높이 끌어올렸다"라며 "우리의 역량을 모두 쏟아부어 빠르면 1년, 늦어도 3년 사이 상용화할 것"이라고 다시 한번 상용화에 자신감을 보였다. 하헌필 박사에 따르면 폐수의 흐르는 양에 따라 촉매형태를 다양하게 만들 수 있다. 양파 주머니처럼 생긴 곳을 통과하게 할 수도 있고 벌집 모양으로 만들어 폐수를 흘리며 정화할 수도 있다. 최적화 및 내구성을 위한 연구 등을 기업과 함께 논의 중이다. 김종식 박사는 "이번 기술은 염색폐수 정화에 우선 적용될 가능성이 높다"면서도 "축사 폐수, 정제된 폐수 등 종류가 다양한 만큼 폐수 특징과 시스템 공정에 맞게 최적화해 다양한 오·폐수에도 적용할 예정"이라고 설명했다. 우리나라 수처리기술은 환경규제 강화에 따라 빠른 속도로 발전하고 있다. 하지만 식습관이 다양해지고, 여러 약품이 개발되면서 처리해야 할 오염물질들도 늘어나고 있다. 개발도상국은 상황이 더 좋지 않다. 수처리 인프라가 제대로 갖춰지지 않아 지하수 등 수질오염에 따른 식수 부족과 수인성 질병에 노출된 상황이다. 김종식 박사팀 개발한 성과가 상용화되면 국내뿐 아니라 해외 하·폐수 정화에도 도움이 될 것으로 기대된다. 김 박사는 "물은 돌고 돌아 각 가정의 식수원이 된다. 분해하기 어려워 규제하지 못했던 물질을 처리할 수 있는 공정이 개발되면 더욱 안전한 식수를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구는 육군사관학교 물리화학과 정근홍 교수팀과 공동연구했으며, 연구결과는 미국화학학회지 'JACS Au' 최신 호에 게재되었다. 김종식, 하헌필 박사가 폐수를 들고 연구에 대해 이야기를 나누고 있다.

안녕하십니까. 전북분원 박사후연구원 채용공고 관련해서 문의가 있으신 것으로 보이며, 담당자가 이미 연락 드린 것으로 알고 있습니다. 혹시 연락을 받지 못하셨거나 추가 문의가 있으실 경우 채용공고에 기재된 부서 인사담당자에게 연락하시기 바랍니다. 감사합니다.

한국과학기술연구원(KIST)은 연구원 내 도핑 컨트롤 센터의 손정현 센터장과 성창민 박사가 도쿄 올림픽 반도핑 연구소의 초청을 받았다며 현지로 출국해 도핑 분석 기술을 전수할 예정이라고 22일 밝혔다. 손 센터장은 "KIST의 우수한 분석기술과 노하우를 이웃 나라 일본에 전수할 기회가 생겨 자랑스럽게 생각하며 대한민국 국가 대표 선수들의 선전을 기원한다"고 말했다. 라고 기사가 났습니다. 일본의 수출규제로 한일간 사이가 정부나 국민들도 모두 좋지 않은 상태에서 이러한 결정을 하신것에 국민의 한사람으로서 유감을 가지고 있습니다. 알고 싶은것이 있습니다. 1. kist는 일본으로부터 어떤 무상이나 유상의 도움을 받아왔나요? 2. 기술을 전수함으로써 협력을 하거나 기대되는 이익이 있으신가요? 3. 기술전수는 한국과학기술연구원의 결정에 따른 것이면 어떠한 절차를 통하여 결정하신것인가요?

안녕하세요, 이번 7월 15일 KIST 분원에 박사후연구원으로 지원한 ooo입니다. 일주일이 넘었는데 이메일에서 수신확인이 되지 않아서 문의드립니다. 이미 수신확인은 하셨는데, 이메일 계정에 반영이 되지 않았다면, 결과가 불합격일 듯한데요. 불합격 결과도 지원서 상 기재된 이메일로 통보가 되겠지요? 아니면 정말로 제 이메일이 잘못 보내졌거나 누락되었을까요? 7월 15일 17:45 경 발송이 되었는데, 혹시 18:00 마감시간에 넘어간 것인지 걱정이 됩니다. 혹시 몰라서 노파심에 문의드립니다. 감사합니다.

- KIST, 액상유기수소운반체(LOHC) 수소 추출성능 평가 장치 개발 - 고효율 수소운반체 후보 물질 채택에 도움 청정에너지 공급망이 글로벌 이슈로 부상하면서 수소에너지에 대한 관심이 커지고 있지만, 수소는 기체 상태에서 단위 부피당 저장할 수 있는 에너지가 적다는 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 암모니아 혹은 액상 유기물 수소운반체(LOHC) 등의 액체기반 수소 운반체에 수소를 담아 운반하는 방법이 연구되고 있다. 수소를 액체형태의 운반체에 저장하여 상온 및 대기압에서 안전하게 운반하고 수소를 필요한 위치에서 추출해서 사용할 수 있기 때문이다. 현재 액상수소 운반체는 다양한 후보물질에 관한 연구가 진행되고 있는데 정량적인 비교지표가 없어 일본, 독일 등 이 분야의 선도그룹들은 서로 다른 물질을 채택하려는 움직임을 보이고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 수소·연료전지연구센터 김용민 박사팀이 우수한 후보 물질을 채택할 수 있도록 여러 종류의 LOHC의 수소추출성능을 동일한 조건에서 다각도로 분석할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 지금까지 수소운반체 후보 물질들은 각기 다른 조건에서 성능이 평가되어 직접적인 성능비교가 불가능했다. KIST 연구진은 다양한 LOHC를 촉매 농도, 반응물 농도, 온도 및 압력 등 추출 조건을 달리해가며 반자동으로 분석할 수 있는 장치와 프로세스를 개발했다. 각종 수소 운반체들의 수소 추출성능을 동일 조건에서 빠르게 분석할 수 있게 된 것이다. 그 결과 여러 물질 및 촉매의 수소 추출 속도 등의 성능지표를 명확하게 비교 분석할 수 있게 되어 수소운반체와 수소 추출용 촉매를 효과적으로 선별할 수 있게 됐다. 연구진은 LOHC들 중 가장 상용화 가능성이 크다고 여겨지는 물질들을 선정하여 수소 추출 촉매반응 특성을 평가했다. 대표적인 LOHC인 메틸시클로헥산(MCH) 분석 결과, 수소추출시 부산물이 적고 반응속도가 가장 빨라 곧 상용화가 가능한 단계로 평가됐다. 또 다른 물질인 모노벤질톨루엔(MBT)은 열전달 매체로서 상업적으로 활발히 사용되고 있으므로 경제성이 높으면서 반응속도, 안전성 등의 장점을 두루 지니고 있어 향후 LOHC로의 활용 가능성이 높은 것으로 평가되었다. 특히, KIST에서 2017년 개발한 높은 수소저장성능을 가진 바이페닐 기반 LOHC(BPDM)의 경우 동일 조건에서 다른 LOHC와 비교해 20% 이상 빠른 수소 추출 속도를 보이는 것으로 확인됐다. 이는 연료통의 크기가 제한되고, 빠른 수소 추출이 필요한 수소자동차와 수소열차 등에 적용하는 데 유리할 것으로 보인다. 개발된 플랫폼은 LOHC 뿐만 아니라 수소 추출용 촉매를 평가할 수 있다. 현재 귀금속의 사용량을 줄이고 낮은 온도에서 구동 가능한 국산 촉매를 개발하기 위해 국내 연구진 및 기업들과의 협업을 통해 개발된 촉매들의 수소 추출 성능을 평가하는 데 활발히 응용되고 있다. KIST 김용민 박사는 “이번 성과는 국내 연구진이 개발한 수소운반체 평가 플랫폼으로, 여러 후보군 중 우수한 수소운반체와 촉매를 효과적으로 채택하는 데 활용될 수 있다.”라며, “나아가, 본 평가 플랫폼의 확산을 위해 국제공동 연구과제를 도출하고 있으며, LOHC 기술의 조기 상용화를 위해 국내, 일본 및 독일의 산학연 컨소시엄 구축을 기획 중이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업, 과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제저널인 'Energy Conversion and Management' (JCR 분야 상위 1.84%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hydrogen production from homocyclic liquid organic hydrogen carriers (LOHCs): Benchmarking studies and energy-economic analyses - (제 1저자) 한국과학기술연구원 곽연수 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조영석 선임연구원 (現, Amogy社 CTO) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김용민 선임연구원 <그림 설명> [그림 1] LOHC와 수소 추출 촉매의 스크리닝을 위한 벤치마킹 연구개발 과정 개략도 [그림 2] 고출력 수소운반체 평가장치 사진 [그림 3] 액상수소운반체를 활용한 수소경제 모습 개략도

- KIST, 액상유기수소운반체(LOHC) 수소 추출성능 평가 장치 개발 - 고효율 수소운반체 후보 물질 채택에 도움 청정에너지 공급망이 글로벌 이슈로 부상하면서 수소에너지에 대한 관심이 커지고 있지만, 수소는 기체 상태에서 단위 부피당 저장할 수 있는 에너지가 적다는 단점을 가지고 있다. 이를 극복하기 위해 암모니아 혹은 액상 유기물 수소운반체(LOHC) 등의 액체기반 수소 운반체에 수소를 담아 운반하는 방법이 연구되고 있다. 수소를 액체형태의 운반체에 저장하여 상온 및 대기압에서 안전하게 운반하고 수소를 필요한 위치에서 추출해서 사용할 수 있기 때문이다. 현재 액상수소 운반체는 다양한 후보물질에 관한 연구가 진행되고 있는데 정량적인 비교지표가 없어 일본, 독일 등 이 분야의 선도그룹들은 서로 다른 물질을 채택하려는 움직임을 보이고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 수소·연료전지연구센터 김용민 박사팀이 우수한 후보 물질을 채택할 수 있도록 여러 종류의 LOHC의 수소추출성능을 동일한 조건에서 다각도로 분석할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 지금까지 수소운반체 후보 물질들은 각기 다른 조건에서 성능이 평가되어 직접적인 성능비교가 불가능했다. KIST 연구진은 다양한 LOHC를 촉매 농도, 반응물 농도, 온도 및 압력 등 추출 조건을 달리해가며 반자동으로 분석할 수 있는 장치와 프로세스를 개발했다. 각종 수소 운반체들의 수소 추출성능을 동일 조건에서 빠르게 분석할 수 있게 된 것이다. 그 결과 여러 물질 및 촉매의 수소 추출 속도 등의 성능지표를 명확하게 비교 분석할 수 있게 되어 수소운반체와 수소 추출용 촉매를 효과적으로 선별할 수 있게 됐다. 연구진은 LOHC들 중 가장 상용화 가능성이 크다고 여겨지는 물질들을 선정하여 수소 추출 촉매반응 특성을 평가했다. 대표적인 LOHC인 메틸시클로헥산(MCH) 분석 결과, 수소추출시 부산물이 적고 반응속도가 가장 빨라 곧 상용화가 가능한 단계로 평가됐다. 또 다른 물질인 모노벤질톨루엔(MBT)은 열전달 매체로서 상업적으로 활발히 사용되고 있으므로 경제성이 높으면서 반응속도, 안전성 등의 장점을 두루 지니고 있어 향후 LOHC로의 활용 가능성이 높은 것으로 평가되었다. 특히, KIST에서 2017년 개발한 높은 수소저장성능을 가진 바이페닐 기반 LOHC(BPDM)의 경우 동일 조건에서 다른 LOHC와 비교해 20% 이상 빠른 수소 추출 속도를 보이는 것으로 확인됐다. 이는 연료통의 크기가 제한되고, 빠른 수소 추출이 필요한 수소자동차와 수소열차 등에 적용하는 데 유리할 것으로 보인다. 개발된 플랫폼은 LOHC 뿐만 아니라 수소 추출용 촉매를 평가할 수 있다. 현재 귀금속의 사용량을 줄이고 낮은 온도에서 구동 가능한 국산 촉매를 개발하기 위해 국내 연구진 및 기업들과의 협업을 통해 개발된 촉매들의 수소 추출 성능을 평가하는 데 활발히 응용되고 있다. KIST 김용민 박사는 “이번 성과는 국내 연구진이 개발한 수소운반체 평가 플랫폼으로, 여러 후보군 중 우수한 수소운반체와 촉매를 효과적으로 채택하는 데 활용될 수 있다.”라며, “나아가, 본 평가 플랫폼의 확산을 위해 국제공동 연구과제를 도출하고 있으며, LOHC 기술의 조기 상용화를 위해 국내, 일본 및 독일의 산학연 컨소시엄 구축을 기획 중이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업, 과학기술정보통신부 수소에너지혁신기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 분야 국제저널인 'Energy Conversion and Management' (JCR 분야 상위 1.84%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Hydrogen production from homocyclic liquid organic hydrogen carriers (LOHCs): Benchmarking studies and energy-economic analyses - (제 1저자) 한국과학기술연구원 곽연수 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 조영석 선임연구원 (現, Amogy社 CTO) - (교신저자) 한국과학기술연구원 김용민 선임연구원 <그림 설명> [그림 1] LOHC와 수소 추출 촉매의 스크리닝을 위한 벤치마킹 연구개발 과정 개략도 [그림 2] 고출력 수소운반체 평가장치 사진 [그림 3] 액상수소운반체를 활용한 수소경제 모습 개략도