청정수소 생산의 핵심 수전해 기술 고도화로 상용화 앞당기며 수소경제 활성화에 기여
청정수소 생산의 핵심 수전해 기술 고도화로 상용화 앞당기며 수소경제 활성화에 기여
  • 유지연 기자
  • 승인 2022.07.04 14:17
  • 댓글 0
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민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수
민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 ⓒ유지연 기자
민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 ⓒ유지연 기자

[월간인물 유지연 기자] 오는 12월이면 수소경제 육성을 위한 수소법 개정안이 시행될 것이라 관측되며 수소산업 생태계 조성에 탄력이 붙을 것이라는 기대가 나온다. 개정 수소법은 청정수소 중심의 생산-유통-활용 전 주기에 걸친 생태계 조성을 목표로 이를 제도적으로 뒷받침하는 내용으로 구성되었다. 민성욱 교수는 청정수소 생산의 핵심이라 불리는 수전해 기술의 상용화를 위한 연구를 이어왔다.

 

 

교육과 산업을 잇는 가교 역할 자처하며 최고의 촉매찾아나서

민성욱 교수는 LG화학 기술연구소와 한국생산기술연구원을 거쳐 현재 경기대학교 신소재공학과 교수로서 교육과 연구에 열중하고 있다. 산업체와 연구소를 두루 섭렵한 이력은 실무와 연계된 교육과 원활한 산학협력 연구로 이어진다. 민 교수는 보다 주도적인 연구와 더불어 탄탄한 기초부터 시작해 실제 산업에 기여할 수 있는 전문 인력 양성을 위해 교수의 길을 택했다고 말했다. 교육현장과 산업현장을 잇는 가교 역할을 수행하겠다는 각오로 학생들을 만나고 있는 그다. 교과 수업 중에도 현재 배우고 있는 지식이 실제 산업에서 어떻게 활용되는 지를 끊임없이 보여주며 학생들의 학습의욕을 고취시키는 모습이다.

교육자이신 집안 어르신들로부터 장차 사회로부터 무엇인가 얻게 된다면 그것은 다시 사회에 돌려주며 기여해야 한다는 말씀을 들려주셨습니다. 저는 그 방법이 바로 교육이라 생각했습니다. 저만의 연구주제를 탐구하고, 그 과정에서 다시 학생들을 키울 수 있는 교수의 꿈을 좇아왔죠.”

민 교수는 산업체와 연구소에서 리튬2차전지, 촉매, 센서 재료 등을 개발했던 경험을 토대로 그린수소 생산의 핵심이라 할 수 있는 수전해 촉매 기술 연구에 집중하고 있다. 전기로 물을 분해하여 산소 및 수소를 대규모 생산하는 수전해 기술은 청정수소 생산의 핵심으로 주목받는다. 탄소배출 없이 청정 원료인 수소를 생산할 수 있어서다. 이러한 수전해 기술을 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 물을 수소와 산소로 분리할 때 쓰이는 과전압을 줄이는 것이 관건이다. 백금 등 귀금속 촉매가 상용화 단계에 접어들었으나 값비싼 가격과 수명 안정성이 떨어지는 등의 이유로 이를 대체할 비귀금속 촉매의 개발이 절실한 상황이다.

민 교수는 현재 비귀금속 원소 중심의 촉매 합성 기술 개발 및 수전해 효율과 장시간 안정성을 구현할 수 있는 신규 개발에 집중하고 있다고 설명했다. 또한 연구실에서의 실험 결과를 산업에서 성공적으로 적용하고자 대면적 촉매 전극 공정 기술과 분석 시스템 연구를 수행할 계획이다. 그가 한국생산기술연구원 재직 당시 발표했던 결정질의 촉매 소재 대비 비정질/결정질 혼합상을 갖는 수전해 촉매의 특성 및 장기 안정성의 우수함을 입증하는 연구 성과는 촉매 소재에 새로운 패러다임을 제시했다는 평가를 받기도 했다. 민 교수는 그간의 연구 성과를 바탕으로 다각적인 방면에서의 합성공정법을 지속 탐구하고자 한다고 전했다.

수전해 촉매 기술과 관련해 우리나라는 꽤나 높은 수준의 기술력을 자랑합니다. 그럼에도 아직까지는 최고의 촉매라 칭할 수 있는 기술이 완성되지 않은 단계죠. 소재의 스크리닝 단계를 지나고 있는 만큼 앞으로 해야 할 일들이 많을 것이라 판단하고 있습니다. 특히 검증된 소재라 할지라도 이를 대량 공정에 적용해 최적화하는 것은 별개의 문제인 만큼 상용화에 초점을 맞추고 다양한 가능성을 검증해갈 것입니다.”

 

민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 연구팀 ⓒ유지연 기자
민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 연구팀 ⓒ유지연 기자

폭넓은 분야 인적 네트워크 기반해 상용화 위한 연구 이어가

2020년 민성욱 교수가 연구했던 결정학적 비정렬 구조 고효율/고내구성 수소생성 촉매 소재기술은 결정질의 촉매에 결정을 부분적으로 형성시켜 수전해 반응 시 필요한 흡착 반응 사이트를 증가시키고, 전자 이동을 촉진하는 기술이다. 물로부터 산소를 분리하는데 필요한 에너지를 낮추어 수전해 효율을 향상시킬 수 있다. 민 교수는 전이금속을 적용하면 기존 귀금속 촉매 대비 월등히 우수한 성능을 확보할 수 있다고 설명했다. 수전해 촉매의 메커니즘 규명을 위해 촉매 분석은 물론 제1원리를 이용한 컴퓨터 시뮬레이션 결과 간의 간극을 해소하기 위한 논의를 이어가야 했던 점은 연구의 어려움 중 하나였다. 민 교수는 해당 연구가 수전해 촉매 개발과 함께 수소생성 메커니즘 규명에 초점을 맞췄던 만큼 상용화에 다다르기 위한 후속 연구가 필요하다고 덧붙였다. 현재 그는 대량 생산 및 전극 대면적화에 적합한 공정 기술을 추가로 연구하고자 관련 기업 및 연구소와의 공동 연구를 논의하고 있다.

수전해 촉매 소재 개발에 있어 원하는 소재의 특성을 발현하기 위해서는 최적화된 공정 기술 확보가 필요했습니다. 이전에 수행했던 과제에서는 산업적으로 접근이 쉽고 촉매 전극 대면적화가 가능한 전기도금(electoplating) 공정을 사용하였는데, 최적화된 공정변수를 잡기 위해 많은 시간과 노력을 기울여야 했죠.”

민 교수는 전기도금법이 산업적으로 이미 널리 활용되고 있는데다 상용화 공정을 통한 대면적 전극 제조 기술로 발전시키는 데에도 큰 어려움이 없으리라는 판단에서 공정 기술로 채택하게 되었다고 설명했다. 본 연구를 통해 얻은 공정 기술적 노하우를 토대로 상용화 기술 발전에 다가설 계획이다. 그는 향후 수전해 촉매의 메커니즘 규명 방법론을 더욱 발전시켜 수전해 이론의 학문적 토대를 정립하는데 일조하고 싶다는 바람을 전했다.

현재 미국세라믹학회 committee member, 마이크로전자패키징학회 및 한국결정성장학회 이사를 역임하고 있는 민 교수는 2019global star awards, 2020Young Investigator Award, 2022trustee award를 수상했으며, 국내에서는 2021년 한국과학기술단체총연합회 우수논문상을 수상했다. 또한 2019년부터 현재까지 산업기술평가관리원 주관 예산타당성 조사 국가과제 기획 및 평가에 참여 중이다. 이외에도 학교에서 개발한 기술의 상용화를 위한 다양한 R&D 사업 기획에 참여하며 산학협력을 통한 기술 발전에 기여하고 있다.

학교로 자리를 옮긴 후에도 다양한 분야의 사람들과 교류를 이어가고 있습니다. 일례로 정부 R&D 과제를 수행함에 있어서도 산학연 컨소시엄을 구축해 임하는 방식을 들 수 있겠죠. 연구자로서의 활동에 학생들을 교육시키는 과업이 추가되었다는 생각으로 저에게 주어진 역할들을 수행해가고 있습니다.”

 

실패는 결실을 맺기 위한 하나의 과정... 포기하지 않고 도전하는 연구자 키우고파

민성욱 교수는 자신이 현재에 다다를 수 있었던 원동력으로 학문적 멘토로서 많은 영향을 준 두 분의 지도교수를 꼽았다. 이분들로부터 무엇보다 성실함과 꾸준함을 배웠다며, 현재의 모습이 남루할지라도 한 분야에 매진하여 성실하고 꾸준하게 노력한다면 그 기술과 경험이 축적되어 언젠가 좋은 기술로 발전할 것이라는 가르침을 되새겼다. 현재까지도 지도교수와의 공동연구를 이어가는 모습이다. 그는 지도교수로부터 얻은 배움을 잃지 않고 제자들의 곁에서 든든한 지원자가 될 것이라 다짐했다.

제자들에게는 무엇보다 실패를 두려워하지 말라는 점과 기죽지 말라는 점을 강조하고 있습니다. 많은 학생들이 실험 결과가 좋지 않을 때 실망하는 모습을 자주 보거든요. 소재를 개발한다는 것 자체가 수많은 시도와 실패 끝에 결실을 맺는 일인 만큼 실패 또한 그 과정의 일부임을 깨달았으면 합니다.”

민 교수는 제자들이 실험은 물론 전공 공부와 타연구자들의 연구결과 조사를 이어가며 관련 지식을 꾸준히 쌓아가도록 도울 것이라 말했다. 공학의 특성상 기술의 발전과 호흡을 같이할 때 비로소 의미를 지닐 수 있는 까닭이다. 그는 무엇보다 제자들과의 식사나 티타임을 가지며 제자들이 겪는 어려움은 없는지, 어떠한 상황에 처해있는지 파악하고자 애쓰고 있다. 보다 친밀한 관계 속에서 함께 진로를 고민하고, 제자들의 꿈을 실현하기 위한 로드맵을 그려가기 위함이다. 실제로도 학생별 성향을 파악해 지도 과정에서 자연스레 동기를 부여하고, 방향을 제시하고자 노력하고 있었다. 민 교수는 연구자이자 교육자로서 초심을 잃지 않고 연구에 매진하여 좋은 연구 결과를 도출하고, 이러한 연구 결과를 학생들과 함께 만들어내면서 학생들에게 실질적인 지식과 노하우를 전달하고 싶다고 전했다. 더불어 연구실에서 도출된 연구 결과의 상용화를 위한 기술개발을 통해 국가 기술 발전에 기여하겠다는 각오를 다졌다.

수소산업은 아직까지 관련 생태계가 미성숙된 상태입니다. 그렇기에 해야 할 일이 많지요. 저 또한 저의 자리에서 힘이 닿는 한 최선을 다하는 동시에 제자들에게도 비전을 심어주고 싶습니다. 특히 오랜 시간 자신만의 꿈을 펼쳐가야 하는 만큼 10, 20, 30년 이후의 계획까지도 잡아가며 자신에게 가장 잘 맞는 길을 선택할 수 있도록 가장 가까이에서 돕겠습니다.”

 

민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 ⓒ유지연 기자
민성욱 경기대학교 융합에너지시스템공학부 교수 ⓒ유지연 기자

반드시 가야만 할 길 수소경제활성화에 기여하는 믿음직스러운 연구자

“10년 전만 하더라도 리튬2차전지 및 전기자동차가 이렇게까지 활성화될 것이라 누구도 예측하지 못했으리라 생각됩니다. 전지를 기반으로 하는 경제 시스템이 구축되기까지 정부관계 부처의 지원과 국민의 관심이 큰 역할을 했죠. 전기자동차가 보급되는 것을 지켜봐왔듯 수소 경제 또한 반드시 가야만 할 길이라 판단됩니다.”

민성욱 교수는 화석연료를 대체하기 위한 연료인 수소에 전 세계적 관심이 쏠리는 만큼 기술 우위를 선점하기 위한 전략적 투자와 지원이 필요하다고 말했다. 특히 수소산업의 활성화를 위해서는 인프라 구축을 위한 정부 주도의 R&D 사업이 지속적으로 나와야 함을 강조했다. 여기에 관련 기업들의 적극적인 참여가 이루어질 때 비로소 수소산업 생태계가 발전할 수 있다고 내다보는 그다. 소재산업에 대한 견해도 덧붙였다. 수소 생산을 위한 촉매 개발의 핵심은 소재산업에 있기에 소재산업에 대한 육성이 뒷받침되지 않는다면 학교에서의 기술개발은 결국 상용화되지 못한 채 사장되고 말 것이라는 위기감에서다. 그는 꾸준히 축적된 기술이 어느 순간 가시화된 성과로 이어지는 소재산업의 특성을 고려해 지속적인 지원과 관심을 보내줄 것을 당부했다.

기초과학이 발전하기 위해서는 기초과학의 특성을 고려한 심도 있는 평가 체계가 구축되어야 할 것입니다. 기초과학은 우리의 생활을 윤택하게 해주는 많은 기술들의 원천이 되거든요. 산업적으로 실질적이고 효율적으로 적용될 수 있는가하는 관점에서의 논의가 이어진다면 국가적으로도 보다 탄탄한 체계를 구축할 수 있으리라 기대합니다.”

끝으로 민 교수는 유의미한 연구 성과를 창출해가며 학계에서도 보다 믿음직스러운 연구자로 성장하고 싶다는 포부를 전했다. 탄소중립의 핵심이라 불리는 수소 산업의 활성화를 위한 그의 도전들이 탈탄소 사회로의 전환을 앞당기길 기대한다.

 


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