Young Researcher Group 결과보고서 1
김소연
UNIST [email protected]
1. 팀명: 에너지화공 영 어벤져스
에너지 및 화학공학 전반의 다양한 주제를 연구 하는 구성원간의 활발한 소통 및 협력을 통해 창의 적/도전적 연구주제를 도출하고, 이를 통해 학회 발 전 및 참여 활성화에 기여하고자 하였습니다.
2. 팀장 및 구성원 정보:
본 팀은 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학 공학부 만40세 이하 부교수 5명, 조교수 5명으로 구 성되었으며, 간략한 구성원 정보는 표1과 같습니다.
2019년 화공학회 정회원은 6명입니다.
표 1. 팀 구성원
성명 직위 소속 전공분야
팀장 김소연 부교수 화학공학과 Soft Material Nanophysics
팀원
홍성유 부교수 화학공학과 Synthetic Organic Chemistry 강석주 부교수 에너지공학과 Smart Materials for Energy 박혜성 부교수 에너지공학과 Low Dimensional Nanomaterials 이동욱 조교수 화학공학과 Interfacial Physics and Chemistry
장지욱 조교수 화학공학과 Artificial Photosynthesis
이현욱 조교수 에너지공학과 Lithium-ion Batteries and in situ TEM 류정기 부교수 에너지공학과 Bioinspired Functional Materials 김동혁 조교수 화학공학과 Systems Biology for Metabolic Engineering
권영국 조교수 화학공학과 Electrocatalysis
일자 장소 회의 내용 담당자
1차 ’19.08.12 울산 - 프로그램 선정결과 및 활동 계획 수립
- 구성원별 연구분야 공유 김소연
2차 ’19.10.24 대전
- 화학공학회 추계학술대회 참석
- 분야별 최신 연구동향 공유 및 공동연구 방안 모색
- 공통 관심사인 계면구조 및 물성제어를 통한 에너지 및 촉매분야 공동연구 주제 도출
이동욱
3차 ’19.12.05 울산
- POSTECH 화학공학과 이효민 교수 초청 세미나
“Controlling Water Condensation for Optical Coatings and Dust Removal Applications”
류정기
4차 ’19.12.19 울산 - 공동 연구 주제 도출 및 활동 내역 점검 이동욱
3. 활동내용 및 소감
당초 전 구성원이 참여하는 심포지엄을 1회 개최 하고, 이를 통해 구성원간의 활발한 소통 및 연구협 력을 도모하고자 하였으나, Young Researchers 사업 의 지원 목적과 회계 기준에 부합하지 못해 심포지 엄을 개최하지 못하였다. 구성원간의 긴밀한 협의를 통해, 대안으로 정기적 소통 / 연구협의를 진행하여, 본래 프로그램 취지 및 팀 구성 목적에 부합하는 활 동을 수행하였다. 또한 협업 연구분야에 도움이 될 수 있는 연사를 초청하여 세미나를 개최하였다.
한 학교 내에서 구성된 팀 임에도 불구하고, 개 별 구성원의 연구분야에 대한 이해도가 매우 낮다 는 문제에 직면하였다. 연구 키워드만 어렴풋이 서 로의 연구분야를 이해하고 있었기 때문에, 여러차 례 심도 있는 미팅을 통해 공통 관심사를 확인하고, 구체적 공동연구 도출을 목표로 하였다.
1차 회의에서는 한일 무역 관계 변화에 따른 소 재, 부품 분야 기술력 향상에 관해, 각자가 이해하 고 있는 문제를 공유하고, 화학공학 및 에너지 공학 배경을 가진 구성원들이 역량을 발휘할 부분이 있 을 것으로 기대하였다. 당시, 공고된 정부의 과제 지원 방향에 대해서도 의견을 나누었다.
2차 회의에서는 1차 회의에서 제기된 국내 소재/
부품 기술력 문제 중에서도 고분자 소재 및 고분자 기반 부품에 관해 연구동향 및 필수 요소 등에 대해 심도 있는 논의를 진행하였다. 최근 문제가 되고 있 는 ESS 관련 고분자 소재의 필요성 및 대체 가능성 에 대해 토의를 진행하였고, 촉매 등 청정 에너지
분야에 필요한 고분자 소재에 대해서도 의견을 나 누었다. 구성원들이 공통적으로 인지한 것은 국내 고분자 중합 쪽 연구동향과 산업계에서 요구하는 성격적 기술의 차이가 분명히 존재하며, 고분자 소 재 대한 기초과학적 접근이 중요하다는 점이었다.
3차 회의 및 세미나에서는 여러 구성원들의 공통 관심 분야를 주 연구 분야로 하는 연사를 초청하는 자리를 마련하였다. POSTECH 화학공학과 이효민 교수가 “Controlling Water Condensation for Optical Coatings and Dust Removal Applications”라는 주제로 1시간 넘게 강연하였으며, 계면에서 이루어지는 다 양한 물리, 화학적 반응에 대해 관심있는 연구내용 을 공유하였다. 계면반응이 그 계면 본래의 화학적 특성과 더불어, 미세 구조 조절에 대해 영향을 받을 수 있다는 점에 착안해 공동연구 방안을 도출하는 성과를 이루어 내기도 하였다.
4차 회의에서는 그동안 진행한 토의 내용을 종합 하고, 도출된 공동연구 방안을 공유하는 자리를 가 졌다. 한국화학공학회의 Young Researchers 프로그 램을 6개월 가량 진행하는 동안 전 구성원들의 적극 적인 참여와 의견개진이 이루어 졌으며, 서로의 연 구분야에 대해 깊이 있는 이해와 더불어 연구네트 워크를 공고히 하는 기회가 되었음에 의심의 여지 가 없다. 또한 가을 한국화학공학회에도 과반수 이 상의 구성원이 참여하였고, 이는 향후 한국화학공 학회 활동에도 긍정적인 영향을 끼치리라 생각한 다. 이러한 좋은 프로그램이 지속되기를 기대하며 화학공학회에 다시 한 번 깊은 감사를 드린다.
Young Researcher Group 결과보고서 2
김연희
UNIST [email protected]
1. 그룹명: 차세대 융합 바이오인터페이스 연구회 (Consortium of Interdisciplinary Biointerface Study for Next Generation) 2. 구성원
성명 소속 (직위) 전공분야 이메일 주소
김연희
UNIST 에너지 및 화학공학부 (선임연구원)
생물공학,
합성생물학 [email protected]
설은희
부산대학교 환경에너지
연구소 (연구원)
생물공학,
대사공학 [email protected]
한상일
창원대학교 화학공학과 (부교수)
분리공정,
나노소재 [email protected]
이봉섭
강원대학교 화학생물
공학부 (조교수)
열역학,
공정모델링 [email protected]
김문일
부산카톨릭 대학교 환경 행정학과
(조교수)
촉매공학,
수치해석 [email protected]
3. 과제 목표
생물공학을 인터페이스로 하는 화학공학 융합연 구 논의를 위한 연구회 구성 및 유기적인 연구협력 모임체지속적인 연결망 구축하고자 하였다. 세분
화되고 파편화된 다양한 화학공학 분야 즉, 열역학, 분리공정, 촉매공학의 생물공학과의 통합점 및 교 차점 공유하고 전문성을 통합하는 융합연구 추진계 획 수립하고자 하였다. 더불어, 지역 신진 연구자들 특히, 부산·울산·경남 화학공학 신진연구자 모임체 구성을 통한 주기적 연구 아이디어 공유 및 협력·상 생을 위한 유기적인 연결 네트워크 구성하고자 하 였다. 나아가, 그 결과로 창의적인 연구 성과 창출 을 위한 신진연구자 중심의 융합연구 협의체 구성 을 통해 차후 공동연구 추진을 위한 발판을 마련하 고자 하였다.
4. 수행 내용
총 6차에 걸친 연구회 회의를 진행하였고, 각 회 의 연구 중점 논의 사항을 표 1과 같이 정리하였다.
5. 총평
화학공학 분야 중 생물공학을 중심으로 다학제 연구협의체를 구성하고 연구 내용 공유 및 향후 협 력 방안을 논의할 수 있는 기회를 마련하였다. 연구 협의체 구성을 시작으로 유기적인 공동연구의 발 판을 마련하고, 연구 협력 네트워크를 공고히 할 수 있는 기회로 삼고자 한다. 참여 연구자들이 추진하 고 있는 연구 분야를 심도 있게 논의하고, 다학제 적인 연구 진행을 위한 견문을 넓힐 수 있는 기회
표 1. 연구 중점 논의 사항
차수 일시 장소 주요 내용
Kick-off 미팅
2019년 7월 1일(월), 11시
부산대학교 화공관 7316호
연구회 착수 회의
1) 폐자원 활용을 통한 유용 화학물질로의 전환에 관한 연구 필요성 인 식 제고
2) 화학공학 융합 연구를 위한 연구 협의체 구성
3) 부산-울산-경남 신진 연구 인력의 네트워킹 필요성 공감 및 연구 주제 방향 논의
진도회의 (1) 2019년 8월 5일(월), 11시
부산대학교 화공관 7316호
생물공학적 유용물질 생산 총괄적 이해
1) 생물공학적 유용화학물질 생산 연구 개괄적 이해 및 연구 동향 2) 생물공학적 유용화학물질 생산에 있어 대사공학적, 분자생물학적
이해 기초 지식 및 연구 방법
3) 포도당, 글리세롤등 일반적인 탄소원 이용 유기산 및 diol 생산연구 4) 분리공정 관점의 일반적인 화학물질 생산 공정의 사례를 제시하고,
생물 공학적 생산 공정과의 비교
진도회의 (2) 2019년 10월 24일(목), 11시
한국화학공학회 2019년 가을 총회 및
학술대회, 대전컨벤션센터
촉매공학 및 열역학적 관점의 이해 (I)
1) 폐가스로부터 유기산 및 diol등 유용 화학물질 생산에서의 생촉매 대비 화학 촉매에 전반적 소개 및 거시적 관점의 생촉매의 장단점 제시
2) 제안한 생물공학적 관점의 연구 주제 실용가능성 논의 3) 열역학적 이해 및 연구 타당성 논의
4) 생촉매 열역학적 이해 및 상업적 실용 가능성 이해 접목
진도회의 (3) 2019년 12월 09일(월), 17시 30분
부산대학교 화공관 7316호
촉매공학 및 열역학적 관점의 이해 (II) I. 촉매공학적 이해
1) 화학촉매 전반적인 작동 기작 및 연구 사례 보고
2) 디메틸카보네이트 (dimethyl carbonate, DMC) 제조 통한 이산화탄 소등 가스기질의 효율적인 화학촉매 전환 사례 고찰
3) 화학적 교환반응에 의한 화학촉매 특성 변화 및 조촉매 이용 혼합촉 매로의 활성 증가에 관한 사례 논의
4) 생촉매의 생물학적 전환을 위한 효소 활성 증가와 화학적 촉매의 비 교 논의
II. 열역학적 이해
1) COSMO-SAC 기반 열역학적 예측 모델 개발 2) 액체속의 기체 열역학적 흐름에 대한 연구 내용 소개
3) 이온성 액체의 황화수소 (H2S)의 포집을 위한 이온성 액체 후보군 발굴을 위한 열역학적 모델링사례 제시 및 응용가능성 논의
진도회의 (4) 2019년 12월 18일(수), 17시
부산대학교 화공관 7316호
생물공학적 유용화학물질 생산 연구 논의
1) 부생가스 주성분인 일산화탄소, 수소, 이산화탄소등을 이용하여 중 요한 C3 플랫폼 화합물인 3-hydroxypropionic acid 생산 사례 공유 2) 3-HP의 산업적 활용가능성은 도료, 정전기 방지제, 카펫, 화장품 소
재 등의 원료로 활용가능성 제시
3) 폐가스 기질 이용 화학적 전환 대비 생물학적 전환 공정 장단점 논 의 (상온상압 운전 가능; 촉매 고재생성; 저순도 및 저농도 기질 사 용 가능; 유기적 공정 결합 가능)
4) 개괄적인 생물학적 전환 공정 소개
5) 생물학적 전환공정 전반적인 이해 도모 및 다학제적 관점 이해
최종 회의 2019년 12월 23일(월), 17시 30분
부산대학교 화공관 7316호
1) 연구회 및 지역신진연구자간의 협력 모임체 조직 및 활성화 방안 논의
2) 연구회 그룹 활동 정리 보고
3) 공동 과제 기획 및 차후 연구협력 방안 논의
1. 팀명: 상상도 못한 고분자
[상상도 못한 고분자] 팀은 감히 생각지도 못한 고분자의 새로운 분야를 연구하고자 하는 신진연구 자들의 열망을 뜻하기도 하지만, 단지 화학공학 전 공으로 고분자를 연구한다는 이유만으로 만나게 되 어 비슷한 인생을 걸어가게 된 상상도 못한 인연을 의미하기도 한다.
2. 팀 구성원: 총 5명의 인원으로 구성되었 으며 세부 정보는 표 1과 같다.
3. 활동 내용
본 프로그램의 지원으로 최신 연구 동향과 정보 를 공유함과 동시에 많은 외부 연구자들과 모임을 가져 고분자 관련 연구뿐 아니라 화학공학 분야에 대한 시야를 넓힐 수 있도록 노력하였다. 우리 팀은
2019년 대전컨벤션센터에서 개최되었던 한국화학 공학회 가을 총회 및 학술대회(국제 심포지엄)에서 킥오프 미팅을 짧게 가지고 활동을 시작하였다. 팀 원 간의 연구 교류 뿐 아니라 홍익대학교 김범상 교 수님, 한양대학교 유원철 교수님, 한국과학기술원 이진우, 이도창 교수님, 서강대학교 김충익 교수님, 인하대학교 신내철 교수님 등 독보적으로 활동하고 계시는 여러 화학공학 분야의 전문가들을 모시고 교육과 연구에 대한 귀한 의견들을 들을 기회도 마 련하였다. 특히 12월 17일 인하대학교와 18일 홍익 대학교에서 연구실 별 세미나 및 연구 교류회를 진 행하였으며, 각 팀원의 발표 요약은 다음과 같다.
엄태식 교수(홍익대학교)
빛과 전기를 활용하는 유기 전자재료는 2000년 이후에 급속도로 연구가 확대되어 왔으며, 특히 시 가 되었다. 최근 연구과제 진행이 공동연구과제로
진행되는 경우가 많은 실정을 감안해 볼 때, 연구 회에 참여한 신진연구자 모두가 연구협업의 중요 성을 공감을 하고, 더 활발히 교류할 수 있는 지속 적인 네트워킹의 허브로 자리매김 하고자 한다. 타 연구 분야의 접점을 확인하고 장기적인 연구협의 체 활동의 중요성을 인식하고 활발히 교류 협력하 고자 한다. 연구회 그룹명과 같이 실질적으로 연구
에 참여하고 수행하는 후속세대들의 참여의식 고 취와 자신감 향상을 위해서 본 연구회 활동이 발판 이 되어 더욱 활발한 공동과제 진행과 연구 인프라 교류의 장으로 확장될 수 있도록 활동을 강화해 나 가고자 한다. 더불어, 이와 같은 신진연구협의체를 구성하고 활동할 수 있도록 프로그램 지원해 주신 한국화학공학회 및 부산경남지부측에도 감사의 말 씀을 드린다.
Young Researcher Group 결과보고서 3
엄태식
홍익대학교 [email protected]
장에 성공적으로 안착되어 상용화에 성공한 유기발 광다이오드(OLED)를 위시하여 유기태양전지, 각종 유연 센서 등의 전자 소자, 에너지저장 소자 등의 유기 재료를 적용한 전자 소자들은 미래 화공 신산 업에 주도적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 본 연구실에서는 유기/고분자 재료를 이용한 디스플레 이, 태양전지 등 에너지 전환 소자와 이차전지용 고 분자 기반 에너지 저장 소자 연구를 진행하고 있다.
특히 여러 공동 연구를 통한 신기술과 아이디어 등 을 고안하여 미래 사회에 걸맞는 화학공학 분야를 개척하고자 한다. 또한 고효율, 저비용 소자 제조방 법을 얻고자 하는 공학적인 사고를 적용하는 연구 와 동시에 현상에 대한 분석과 이해에 대한 기초 연 구도 진행할 수 있도록 노력하고 있다.
최수형 교수(홍익대학교)
고분자전해질(polyelectrolyte)은 전하를 갖고 있 으며, 물에 잘 녹는 성질을 갖고 있다. 특히 수용 액 상에서 반대되는 전하를 갖고 있는 두 고분자 전해질이 만나면 고분자전해질 간 회합(complex
coacervation)을 하여 고분자전해질 복합체를 형성하 는 액-액 상분리 현상이 발생한다. 고분자전해질 복 합체(coacervate)는 다양한 자극(예를 들어, pH, 염 농도, 온도 등)에 대한 감응성이 우수하며, 계면장 력이 낮고, 물 포함 비율이 높다. 이러한 특성을 바 탕으로 complex coacervation 현상은 홍합이나 갯지 렁이같은 고착동물이 물속에서 이동/접착하는 메 커니즘을 설명할 수 있고, 의료용 접착제, 약물 캡 슐/전달체 등 산업적으로 많이 응용되고 있다. 현 재 국내·외에서 간단한 제조의 장점으로 coacervate 의 응용분야가 빠르게 확장되고 있는 상황에 비 해, complex coacervation 현상 자체에 대한 열역 학 및 동역학적 거동에 대한 기초연구는 상대적으 로 부족하다. 본 연구실에서는 “잘 정의된” 모델 고 분자전해질을 이용하여 complex coacervation 현상 을 이해하기 위한 모델 시스템을 개발하고, complex coacervation 현상의 열역학/동역학적 거동을 측정 하고 분석하여, complex coacervation 현상에 대한 이해를 높이고자 한다. Complex coacervation 현상에 대한 기초적인 물리/화학적 거동의 이해를 바탕으
표 1. 팀 구성원
성명 소속 직위 관심 연구 분야 이메일
엄태식 (팀장) 홍익대학교 화학공학과 조교수
- 에너지 전환/저장 화공 재료 및 소자 연구 - 발광다이오드, 유기태양전지 전자 소자 연구 - 고분자 기반 전해질 연구
최수형 홍익대학교 화학공학과 부교수
- 블록공중합체 자기조립구조 - 나노구조체 구조 및 동역학
- 정전기적 상호작용을 이용한 고분자 복합체 (complex coacervation)
- 고분자 복합체의 응용
김선주 중앙대학교 화학신소재공학부 부교수
- 광전기적 활성 고분자에 대한 화학공학 연구 - 고분자 기반 전자/에너지/디스플레이 소자 및
지능형 반도체 시스템 개발
이근형 인하대학교 화학공학과 조교수
- 기능성 고분자네트워크 및 고분자전해질 - 고분자전해질 프린팅 프로세스
- 신축성 전자/전기화학 소자
황예진 인하대학교 화학공학과 조교수
- 유기 전자/에너지소재의 디자인 및 합성 - 유기 반도체 화학구조-특성-성능 상관관계 연구 - 플로우화학 기반의 유기 반도체 합성 공정 연구
로 응용분야 확대 및 상용화 시점을 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. 더 나아가 수용액상에서 complex coacervation을 이용한 블록공중합체 나노입자 및 하 이드로젤 제조와 물성연구를 진행 중이다. 나노구 조체의 구조와 동역학의 연관성을 밝힘으로써, 수 용액상의 나노구조체의 응용가능성을 넓히는데 노 력하고 있다.
김선주 교수(중앙대학교)
본 연구실에서 관심을 갖고 있는 분야는 고분자 반도체 소재 개발, 전하이동 특성 분석, 스케일러블 공정 기술 적용, 그리고 소자 응용 연구이다. 이를 위해 광전기적 활성을 갖는 소재의 구조-물성 관계 를 밝히고, 신규 소재 조합을 다양한 전자/에너지/
디스플레이 소자에 적용하는 연구를 진행하고 있 다. 이와 동시에 소재 복합화를 통해 새로운 기능성 을 구현하여 신규 응용 소자 체계도 탐색하고 있다.
대표적인 응용 기술로는 유기 트랜지스터, 센서, 열 전소자, 태양전지 등을 들 수 있으며, 최근에는 박 막의 전하 이동을 제어하여 신경모방 체계를 구현 할 수 있을지에 대한 연구를 화학공학 측면에서 진 행하고 있다.
이근형 교수(인하대학교)
이온성 액체는 이온전도도와 전기용량이 높고, 열적/화학적/전기화학적 안정성이 뛰어나며, 증기 압력이 낮아 휘발에 따른 물질손실이 거의 없는 장 점이 있다. 이러한 이온성 전해질 누액의 가능성을 차단하기 위해 3차원 네트워크를 형성하는 고분자 를 첨가하여 고체 상태의 고분자전해질을 제조하 면, 이온성 액체의 장점을 고체상태로 구현할 수 있 어 다양한 형태의 전기화학/전자 소자에 직접 적용 이 가능하다. 이온성 액체에서 3차원 네트워크를 만 드는 기능성 고분자 지지체를 디자인/합성하여 이 온성 액체의 우수한 특성은 유지 하면서 기계적 강 도가 향상된 고분자전해질을 개발하는 연구는 국내 외에서 활발하게 진행되고 있다. 이온성 액체 기반
의 고분자전해질은 전기화학 소자 응용에 요구되는 이온전도도(1 mS/cm 이상) 특성을 가지는 있으며, 탄성강도 0.1~1 MPa 수준 가지는 고분자전해질 제 조가 가능하여 고체 상태로 소자에 적용하기에 적 합하다. 이온성 액체 기반의 고분자전해질을 박막 트랜지스터, 스트레인/압력 센서, 전기화학발광소
팀 활동 사진
자, 슈퍼커패시터 등의 전기화학/전자 소자에 적용 되어 활발하게 연구가 진행되고 있다. 고분자전해 질을 박막트랜지스터의 게이트유전체로 적용할 경 우 높은 전기용량으로 반도체에 유도할 수 있는 전 하량이 증가하여 1 V 이하의 저전압에서 작동하는 트랜지스터와 로직서킷의 제작이 가능하다. 고분자 전해질을 슈퍼커패시터에 적용할 경우 수계나 유기 계 전해질 대비 우수한 전기화학안정성을 이용하여 슈퍼커패시터 소자의 작동전압을 넓혀 에너지 저장 성능을 향상시킬 수 있다.
황예진 교수(인하대학교)
전도성 고분자는 flexible/wearable 디스플레이, 유기태양전지 등 미래 소자의 필수 소재로써 각광 받고 있으며, 많은 연구가 진행되어 소재의 상용 화에 적합한 소자 성능을 보이고 있다. 그러나 현 재 전도성 고분자는 batch 반응기를 통해 소량 합성 되고 있으며 batch-to-batch variation에 의한 소자 의 재현성 문제가 크게 대두되고 있어 상용화에 어 려움이 있다. 반응물이 관이나 튜브 내를 연속적으 로 흘러가며 반응이 진행되는 플로우 연속 반응 시 스템은 기존의 batch 반응 시스템에 비해 반응 시간 을 단축함과 동시에 반응 효율을 높일 수 있다는 장 점을 가지고 있으며, 또한 반응 조건을 정밀하게 조 절할 수 있어 반응의 선택성 및 재현성이 높다. 이 에 본 연구실은 step-growth polymerization을 통해
합성된 전도성 고분자의 분자량 및 분자량 분포도 를 선택적으로 조절하고 재현성 있게 대량합성하기 위해 전도성 고분자의 합성에 적합한 플로우 연속 반응 시스템을 설계하고 제작하는 연구를 진행하고 있다.
4. 마무리 및 소감
본 지원 프로그램을 통하여 화학공학 고분자 분 야의 신진연구자들과 비정기적인 모임을 가질 수 있었기에 참으로 의미가 있었다. 특히 팀에 참여한 연구자들과 각 연구실 구성원들이 서로 교류의 시 간을 가질 수 있었기에 자기 자신의 연구를 돌아봄 과 동시에 다른 분야에도 관심을 가질 수 있는 자리 를 마련하여 더 뜻깊었다고 생각한다. 이 프로그램 에 같이 참여해 준 원시 생명체 기원 물질 코아세르 베이트 연구의 최수형 교수, 인공 신경망으로 연구 확장한다고 머리 빠지게 힘쓰고 있는 김선주 교수, 물컹물컹 말랑말랑 이온물질로 독보적인 소자 연구 하고 있는 이근형 교수, 이제 어엿한 여성과학자로 여전히 열심히 유기물 끓이고 있는 황예진 교수에 게 고맙다는 말을 전하고 싶다. 마지막으로 본 프로 그램을 지원해주신 한국화학공학회와 각종 서류 지 연 제출에도 인내심 가지고 기다려 주신 박성완 주 임님 및 학회 관계자 분들, 그리고 프로그램 지원 추천서를 선뜻 작성하여 주신 고분자부문위원회 위 원장님께도 감사의 말씀을 드린다.
Young Researcher Group 결과보고서 4
제 정 호
부산대학교 화공생명공학부 [email protected]
1. 그룹명 : Catalysis for Renewable Carbon Resources
2. 구성원: 세부 정보는 표 1과 같다.
3. 전체 활동내용 및 총평:
본 Young Research Group은 불균일 촉매를 이용 한 화합물 전환 공정에 대해 연구하고 있는 신진 연 구자들로 구성되어 있으며, 각 연구자가 보유하고 있는 노하우를 공유하고 공동 연구를 통해 실질적 연구 성과를 달성하기 위한 목적으로 기획되었다.
큰 범위에서는 모두 “재생가능 탄소자원(예, 바이오 매스)의 촉매 전환을 통한 청정 연료 및 고부가가치 케미칼 생산”이라는 같은 분야의 연구를 진행하고 있으나, 개개인의 보유 기술 및 전문성이 상당히 달 라 각자 다른 각도에서 연구를 진행하고 있었다. 이 번 교류 활동을 통해 서로의 연구 내용 및 전문성에
대하여 잘 알 수 있었고, 실제 협력 연구를 통해 서 로의 연구에 시너지를 낼 수 있는 가능성을 확인할 수 있는 유익한 시간이었다.
각 구성원이 가진 기술들을 조합하면 유기성 폐 자원 열화학적 전환 기술, 고성능 나노구조 촉매 설 계, In-situ Spectroscopy 분석, 복잡한 바이오매스 화 학 해석 등 전 과정을 진행할 수 있다는 결론을 내 리게 되었다. 특히, 각 연구자가 가지고 있는 고가 의 장치를 서로 공유하거나 분석 지원을 함으로써 효율적인 연구 진행이 가능해진 점이 가장 큰 수확 이었다. 실제 연구자들간의 협력 연구가 진행되었 고, 일차 결과들이 과제 기간 내에 도출됨에 따라 추후 보강 연구를 통해 실질적 연구 결과를 발표할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
4. 팀원 별 활동내용 및 소감
안광진 교수(UNIST)
표 1. 팀 구성원
성명 소속 전공분야 직위 이메일주소
제정호 부산대학교 촉매/반응공학
바이오매스 전환 조교수 [email protected]
김영민 대구대학교 폐자원 에너지화
열분해/가스화 조교수 [email protected]
안광진 UNIST 나노촉매 부교수 [email protected]
윤용주 POSTECH 나노촉매/표면화학 조교수 [email protected]
오신영 KIST 바이오에너지 박사후연구원 [email protected]
지구 온난화의 주범으로 화석연료를 사용할 때 발생하는 이산화탄소는 전세계적으로 배출량을 규 제하고 있 다. 이산화탄소를 다량 배출하는 화석연 료인 석유 및 석탄자원 대신 바이오매스는 자라는 과정 중 이산화탄소를 흡수 소비하기 때문에 친환 경적인 자원으로 관심을 받고 있는데, 특히 리그닌 은 방향족 고리화합물을 다량으로 함유하고 있어, 탄소 자원화를 위한 좋은 원료물질을 제공하며 정 밀화학제품의 원료인 페놀계, BTX 등으로 전환하 면 석류를 대체할 친환경 고부가가치제품으로 이용 이 가능하다. 식물자원으로 사용되는 사탕수수 및 녹말류의 자원 이외에 목질계 바이오매스에서 리 그닌은 주로 연소되어 버려지는 경우가 많고 그 복 잡성 때문에 연구 및 기술개발이 셀룰로오스 계통 의 바이오매스에 비해 덜 이루어져 온 것이 사실이 다. 이러한 측면에서 최근에는 리그닌을 촉매기술 을 이용하여 바이오 오일 및 고부가가치의 친환경 플라스틱의 재료로 전환하는 기술이 활발히 연구 되고 있다. 실제로 목재 중량에서 리그닌은 20~30%
차지하기 때문에 리그닌을 활용하는 연구는 탄소를 자원화 측면의 연구개발에 있어 중요한 부분을 차 지한다. 현재 북미와 북유럽에서는 리그닌은 바인 더, 계면활성제, 바닐라 원료, 착물 화합물 등으로 이미 상품화되어 이용되고 있으며, 앞으로 탄소섬 유, 바이오 플라스틱, 그리고 화학제품의 기초 원료 로 제품화하기 위해 전세계적으로 기초 연구가 진 행되고 있어 국내도 기술력 확보가 시급하다고 할 수 있다. 현재 정부출연연구소 및 대학을 중심으로 이러한 리그닌을 촉매기술을 이용하여 바이오 오 일 및 고부가가치의 친환경플라스틱의 재료로 전환 하는 기초 기술이 활발히 연구되고 있다. 본 Young Researcher Group 지원 프로그램을 통해 기존에 바 이오매스 전환 기술에 관한 전문가로서 연구경력 이 있는 부산대 제정호 교수와 대구대 김영민 교수 가 제가 연구하고 있는 리그닌 유도체를 이용한 촉 매반응에 대한 연구에 기술적인 조언 및 새로운 아 이디어를 제공해줌으로써 연구수행에 큰 도움을 받
을 수 있었다. 또한 촉매 선택성에 결정적인 영향을 주는 고효율 촉매 디자인에 관한 연구를 수행 중인 포항공대 윤용주 교수가 여러 조언을 해 줌으로써 촉매전환공정에서의 여러 문제점 해결 및 공정개발 에 큰 도움을 받았다. 현재 귀금속 담지체 촉매 및 나노촉매를 이용해서 리그닌 해중합 유도체인 시링 골, 구아이아콜, 바닐린 등의 촉매공정을 연구하고 있는데 본 프로그램을 통해 얻은 새로운 아이디어 를 바탕으로 향후 우수한 공동연구 성과를 기대할 수 있게 되었다.
윤용주 교수(POSTECH)
최근 지구온난화 및 대기 오염 등의 환경 문제가 전 세계적으로 대두되면서 석유 기반 원료를 대체 할 친환경적 원료의 개발 필요성이 높아지고 있다.
바이오매스는 원료 고갈의 염려가 적으며, 이산화 탄소 배출 측면에서도 환경적 장점을 지니기 때문 에 많은 주목을 받고 있다. 특히, 목질계 바이오매 스의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 핵심 플랫폼 화합물인 히드록시메틸푸르푸랄, 푸르푸랄, 레불린 산 등으로 전환시켜, 다양한 고부가 화합물을 생산 에 활용하기 위한 촉매 개발 연구가 활발히 진행되 고 있다.
본 연구그룹은 부산대학교 제정호 교수 연구그 룹과 활발한 상호 교류를 통해, 바이오매스 기반 핵 심 플랫폼 화합물의 액상 전환을 위한 반응기 구축 과 촉매 개발에 관해 논의를 진행하였다. 구체적으 로, 제정호 교수는 본인 연구실에 방문하여 회분식 고온 반응기 설계 시 고려해야 할 제어 변수들과 실 험 방법 등에 대한 경험과 노하우를 직접 전달해 주 었다. 본 연구팀은 이를 통해 반응기 설계 및 설치 와 관련된 시행착오를 최소화하며 빠른 시일 내에 관련 연구 준비를 마무리할 수 있었다. 본 연구팀에 서도 다양한 생성물을 생산하는 바이오매스 전환 반응의 선택도를 정밀하게 제어하기 위한 나노 촉 매 디자인과 관련된 핵심 아이디어와 분석기술 등 에 대한 의견을 제공함으로써, 제정호 교수 연구 그
룹과 공동 연구를 진행하기 위한 토대를 마련하였 다. 이 밖에도 실험을 수행하는 학생들의 방문 교류 를 통해 핵심 플랫폼 화합물의 액상 전환 촉매 디자 인, 반응 실험, 분석 기술 등에 대한 의견을 지속적 으로 교환하였다.
본 프로그램을 통해 바이오매스 활용을 위한 반 응기 구축 및 촉매 개발과 관련된 공동의 연구 주제 에 대해 심도 깊은 논의를 진행할 수 있었으며, 향 후 공동 연구를 위한 기반을 구축할 수 있었다. 앞 으로 본격적인 공동연구를 통해 실질적 연구 성과 를 거둘 수 있기를 기대해본다.
김영민 교수(대구대학교)
본 연구그룹은 과제 수행 기간 중 안광진 교수 와 함께 구아이아콜과 같은 리그닌 열분해 모델 화 합물들의 금속 담지 촉매를 이용한 탈산소화 반응 에 대한 공동 연구를 진행하였다. 촉매 합성은 안광
진 교수 쪽에서 진행하였고 반응 및 생성물 분석은 GC-MS/FID가 online으로 연결된 바이오매스 열분 해 분석 장비인 pyrolyzer를 활용하여 우리 연구팀 에서 진행하였다. 원래 pyrolyzer는 고체 바이오매스 의 열분해 거동 및 분해산물들을 확인하기 위해 주 로 사용되는 장비이나, 안광진 교수는 본인이 만드 는 다양한 크기 및 모양의 나노구조 촉매들을 보다 빠르고 쉽게 테스트하여 반응 특성을 측정할 수 있 는 방법을 원하였고, 이에 우리쪽 장비를 지원하게 되었다. 총 2회의 연구책임자간 회의와 총 5회 이상 의 학생 연구자 상호 교류를 통해 계획된 실험에 대 한 긍정적인 결과를 확보할 수 있었다. 고체 시료에 특화된 pyrolyzer를 액체 시료 분석에도 활용 가능함 을 확인하였고, 빠른 시간에 다양한 촉매들의 반응 특성을 high-throughput screening 할 수 있음을 확인 하였다. 향후 계속적인 협력 연구를 통하여 구체적 인 연구 성과가 나올 것으로 기대하고 있다.
