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월간지인터뷰
“한국에서 미국의 테슬라와 같은 신에너지 사업을 열고 싶습니다”금을 촉진제로 이용해 바이오 연료의 안정성·효율성 높여…학부 학생이 참여한 논문이 세계적인 과학학술지 에 실려
대담 : 원성연 편집인, 정리 : 신만호 기자  |  media@economy21.co.kr
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승인 2018.01.10  17:15:31
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당차다. 그리고 자신의 목표에 대한 열정과 자신감을 가지고 있다. 김대엽 학생을 본 첫 인상이다. 김대엽은 현재 버클리대 화학공학과 4학년에 재학중인 학부 학생이다. 그런데 학부 학생이 참여한 논문이 세계적인 과학학술지에 게재되었다고 한다.

사실 대학원생도 세계적인 학술지에 논문을 싣는 게 쉽지 않다. 박사 논문이 실리기만해도 그 사람은 연구능력을 인정받는다. 그만큼 어렵다는 것이다. 그런데 대학원생도 아닌 학부 학생이 논문에 이름을 올린다는 것은 예사롭지 않다.

인터뷰는 호기심에서 시작됐다. 논문 내용이 무엇인지, 어떻게 학부 학생이 논문의 제2저자로 참여할 수 있었는지 등 궁금증이 생겼다.

이번에 실린 논문은 에너지 효율을 높이는 촉진제에 관한 것이다. 논문 제목은 <Non-Oxidative Dehydrogenation Pathways for the Conversion of C2-C4 Alcohols to Carbonyl Compounds> 이다. 논문의 제1 저자는 Dr. Shylesh Pillai이고, 김대엽 학생은 제2 저자이다. 김대엽은 학부학생으로서는 드물게 버클리대학의 저명한 Alex T. Bell 연구소에 합류해 논문의 내용을 실증적인 실험으로 뒷받침하는 역할을 함으로써 논문 제2 저자로 등재됐다. 그 외 저자들은 같은 연구소 소속 박사과정 대학원생들로 이루어져 있다.

이번에 공동연구를 통해 발표한 논문은 바이오 연료의 단점들을 보완해서 석유와 유사한 현태로 변형 시키는 촉진제를 개발한 내용에 관한 연구이다.

지난 30년간 옥수수, 사탕수수, 폐유, 박테리아 등을 사용해 바이오 연료를 만드는 연구는 많이 이루어졌다. 하지만, 이러한 과정으로 만들어진 바이오 연료는 일반적인 차량 엔진에 사용하면 폭발 위험성이 있으며 엔진손상이 올 수 있고, 석유에 비해서 작은 힘 밖에 못 내지 못한다는 단점이 있다.

이번 연구가 의미를 가지는 것은 이와 같은 단점을 보완했다는데 있다. 금을 촉진제로 사용해 에탄올을 석유 형태로 변형시키는 화학적 경로를 연구한 첫 논문이다.

폐유나 사탕수수 같은 원료로 만들어진 바이오 연료를 좀더 효율적이고 경제적인 촉진제를 사용해 석유와 유사한 형태로 변형시킬 경우, 에너지 산업에 미치는 영향은 매우 클 것으로 기대된다.

이번 연구 결과가 상용화된다면 한국과 같이 석유를 수입하는 나라들은 큰 변화를 겪게 될 것이다. 즉, 석유 자원이 없어도 한국에서 매년 발생되는 막대한 분량의 폐유를 신기술을 적용해 만든 연료를 현재 운영하는 차량에 바로 사용할 수 있기 때문이다.

다음은 일문일답  

먼저 Alex T. Bell 연구소에 대해 소개해 주세요.

Alex T.Bell 연구소는 다양한 촉진제에 관한 연구를 진행하고 있습니다. 대표적으로는 바이오 연료 생산 촉진제와 인공적 광합성 작용을 통한 에너지 생산 촉진제 및 경제적 가치가 낮은 탄화수소를 석유와 같이 경제적 가치가 높은 탄화수소로 변형을 가능하게 하는 촉진제들에 관한 연구들이 활발히 이루어지고 있습니다.

   
▲ Alex T. Bell 연구소에서 근무하는 연구원들이 기념촬영을 하고 있다.

이번 연구 논문의 주요 내용과 의미가 무엇인지 말씀해 주십시오.

지난 30년간 과학자들은 바이오 연료 생산을 위해 수많은 연구를 진행했습니다. 흔히 이전에 이루어진 바이오 연료의 구성은 에탄올로 이루어져 있는데, 에탄올은 현재 쓰이는 석유에 비해 강한 휘발성에 의해 폭발 위험성이 크고, 엔진 부식을 일으킬 가능성이 크며, 석유에 비해 에너지 생산량이 월등히 적은 것으로 나타났습니다. 따라서 에탄올과 같이 낮은 탄화수소를 석유와 같이 높은 탄화수소로 변형 시키는 많은 연구가 이루어졌는데, 이번 연구 논문에서 발표하는 촉진제는 이러한 화학 경로를 가능하게 하는 기존에 발표된 다른 촉진제들에 비해서 월등히 우수한 효과가 있다는 것을 보여줍니다. 또한 촉진제가 비활성화되는 속도가 매우 낮아서 장기간 위에 언급한 화학 작용을 진행 시키는데 어려움이 없는 것으로 나타났습니다.

이번 연구의 핵심은 촉진제 개발에 관한 것인데, 어떤 내용인가요?

위에 언급한 바와 같이, 이번에 개발된 촉진제는 기존에 발표되지 않은 새로운 촉진제로 다른 촉진제들에 비해서 월등히 우수한 효과를 보입니다. 다시 말해서, 이 촉진제를 산업적인 스케일로 쓸 때, 다른 촉진제들에 비해서 더 적은 비용이 들기 때문에 더 효과적이고 더 큰 경제적 이익이 있습니다.

같은 화학 작용을 하는 기존에 발표된 촉진제들은 주로 팔라듐이나, 구리를 사용합니다. 하지만, 이번에 발표하는 촉진제는 금이 사용되었는데, 금을 사용해서 에탄올을 석유 형태로 변형시키는 화학적 경로를 연구한건 이번 논문이 처음입니다. 이 화학 경로에 필수적인 작용으로 수소가 분리되는 과정이 있는데, 금이 이 작용에 전혀 불안정한 화학적 자극 없이 매우 큰 효과를 있다는 것이 나타났습니다.

이전에도 촉진제에 관한 기술개발이 여러 있었는데 어떤 차이가 있는지요?

기존의 대부분의 촉진제들은 팔라듐이나, 구리를 사용했는데, 촉진제가 빠르게 비활성화되거나 금에 비해 석유에 가까운 탄화수소 생성이 미흡했습니다.

특히 페유를 재활용하기 위한 기술개발이 활발하게 이뤄지고 있는데, 이전 기술과의 가장 큰 차이점(기술적, 경제적 차별화)은 무엇인가요?

기존에 페유를 재활용해서 연료를 생산하는 연구는 많이 이루어졌습니다. 하지만, 페유를 재활용해서 만든 연료 또한 에탄올과 같이 석유에 비해 폭발 위험성이 크고, 엔진 부식을 일으킬 수 있으며, 에너지 생산량이 적어 석유와 같은 양을 엔진에 사용할 경우 훨씬 적은 거리를 주행할 수 있습니다. 하지만 이번 연구에서 발표한 촉진제는 이전의 폐유를 재활용해서 생성한 연료의 단점을 보완해 줍니다.

에탄올 사용은 친환경적이라는 장점이 있는 반면 곡물가격 인상이라는 부작용도 있었습니다. 이번 연구가 이런 문제점을 해소하는데 어떤 의미가 있는지요?

에탄올 사용을 위한 곡물 가격 인상은 많이 지적 되어온 문제점입니다. 따라서 최근 몇년간 UC 버클리에서는 억새풀을 사용해서 에탄올 바이오 연료 생산 과정 연구를 해왔고 성공적인 결과를 보여줬습니다. 하지만 이미 언급한 바와 같이 에탄올은 현재 석유에 비해 많은 단점들이 있어서 실용화 및 상업화에 미심쩍은 부분들이 많지만 이번 연구는 이런 에탄올을 더 많은 가치가 있는 결과물로 변형 시킴으로써 상업화에 대한 의문을 해소해 줍니다.

지금은 pilot test 단계라고 할 수 있는데, 실용화·상업화를 위한 향후 계획이 있습니까?

현재 이 촉진제 뿐만 아니라 다른 프로젝트들 모두 외국계 석유 회사인 BP와 협력해 진행하고 있습니다. 현재 신개발된 촉진제들은 BP를 통해서 미국 특허청에 특허 신청을 한 상태이며, 향후 BP와 실용화·상업화 가능성을 더 검토한 뒤 플랜트 설치 설계를 할 것으로 보입니다.

현재 학부 학생인 것으로 알고 있는데, 학부 학생이 주요 논문에 참여했다는 게 특이한데요, 이 연구에 참여하게 된 동기와 연구에서의 역할이 무엇이었는지요?

저는 세계 에너지 산업에 매우 많은 관심을 가지고 있습니다. 그래서 저는 대학교 3학년때 에너지 관련 연구를 많이 하고 계신 Bell 교수님에게 연락해서 진행되고 있는 프로젝트들에 참여해서 많은 경험을 쌓고 싶다고 했습니다. 고등학교 때부터 연구 경력이 이미 있는 저를 좋게 봐주신 교수님은 연구 그룹 내에서 Pillai 박사님과 일할 기회를 주셨고, 진행되고 있는 프로젝트들에 참여하게 되었습니다. 학부생으로써 제 역할은 프로젝트에 연관된 모든 이론들을 이해하고 모든 실험들을 담당하고 실험들로 얻은 데이타들을 분석하는 것이었습니다.

   
▲ 연구소 안에서 사진 촬영을 하고 있는 김대엽

앞으로의 계획은(전공분야, 진로 등)?

에너지에 많은 관심이 있는 저는 계속해서 이 분야에서 연구하고, 많은 경험을 통해서 전문 지식을 얻고 싶습니다. 여러 에너지 산업에서의 경험과 대학원 과정의 교육을 통해서 훗날 충분한 경험과 지식이 밑바탕 되었을 때는 한국에서 미국의 테슬라와 같은 신에너지 사업을 열고 싶습니다.

1. 이 논문이 게재된 ChemSusChem저널의 impact factor는 7.657이며 impact factor는 그 저널의 영향력을 나타내는데 ChemSusChem은 세계 에너지 관련 논문지 저널에서 Scientific Journal Ranking에 의하면 세계 11위에 해당된다. 

2. 이 논문은 gold nanoparticle supported hydrotalcite 촉진제에 관한 연구를 발표하였다. 현재 차량에 사용 가능한 연료는 탄소 개수가 최소 4개 이상으로 이루어진 복합체들로 이루어진 것으로 매우 큰 의미를 가진다.

지난 몇년 동안 흔히 연구 되어 왔던 바이오 연료는 탄소 개수가 2개인 에탄올로 이루어져 있기에 현재 차량들에 사용하기에는 부적합하다. 탄소개수가 2개인 바이오 연료를 현재 차량에 사용시 엔진 손상의 원인이 되기에 flex fuel engine 을 사용해야만 한다. 하지만 현재 flex fuel engine을 사용하는 차량들은 폭발 위험성이 크기에 소비자 안전에는 부적절하다는 발표가 많이 나왔다. 따라서 지난 몇년간 바이오 에탄올 연구의 적합성에 많은 의심이 있었다.

이번에 발표된 논문은 2개 탄소로 이루어져 있는 바이오 에탄올을 현재 차량에너지 자원으로 적합한 탄소 4개 이상의 복합체들로 변형 시키는 새로운 촉진제을 발견한 연구결과를 발표한 것이다. 이 논문에서 발표한 촉진제는 기존에 발표된 다른 촉진제들에 비해서 화학 작용에 있어 월등히 높은 효과를 보이며 더 안정적인 것으로 나타났다.

본 기사는 월간지 <이코노미21> 437호(2016년 4월)에 게재된 글입니다.

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