KRICT 한국화학연구원

- 화학연·KAIST·에코프로에이치엔 직접 공기 포집 기술 공동 개발, 에코프로에이치엔 2026년 상용화 목표
- 작물 재배 시 대기 농도보다 더 필요한 적정 농도의 이산화탄소 조절 통해 스마트팜 재배 환경 혁신 기대

□ 국내 산·학·연이 협력하여 개발한 공기 중 이산화탄소 직접 포집 기술이 스마트팜 현장에 적용될 것으로 기대된다.

  ㅇ 한국화학연구원(원장 이영국)은 KAIST(총장 이광형), 에코프로 에이치엔(대표 김종섭)과 ‘직접 공기 포집(DAC, Direct Air Capture)’ 기술을 공동 개발했다. 에코프로에이치엔은 2026년 소형 DAC 설비 상용화를 목표로 하고 있다.

  ㅇ 작물은 이산화탄소(CO₂) 농도가 높을수록 광합성이 활발해지며, 특히 800~1000ppm 구간에서 최적 성장을 보인다. 그러나 대기 중 CO₂ 농도는 약 400ppm 수준에 머물러 있다. 국내 산·학·연 연구진은 긴밀한 협력을 통해 스마트팜 현장에서 설치 제약 없이 대기 중 CO₂를 직접 농축해 작물에 공급하는 기술을 개발했다. 이번 성과는 스마트팜 혁신과 탄소 네거티브 실현을 앞당길 것으로 기대된다.

<[그림 2] 에코프로에이치엔이 KAIST, 화학연과 협력하여 개발한 스마트팜용 DAC 시스템의 적용 개념도. 대기 중 희박한 농도의 CO2(400 ppm)를 선택적으로 포집하여, 온실 내에 고농도로 공급함으로써 작물 생장 최적화를 가능하게 하는 시스템이다>

□ 일반적인 ‘이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS)’ 기술은 산업 현장에서 나오는 고농도 탄소를 대상으로 하는 기술로서, 발전소·공장 등 설치 장소가 제한된다. 반면 직접 공기 포집 기술은 대기 중의 저농도 이산화탄소를 포집하므로 어디서든 사용할 수 있다는 장점이 있다.

  ㅇ 직접 공기 포집 기술은 액체 흡수 방식과 건식 흡착 방식으로 나뉜다. 액체 흡수 방식은 알칼리 용액에 공기를 통과시켜 이산화탄소를 담은 후, 흡수된 용액을 가열하면 이산화탄소만 얻게 되는 방식이다. 대규모로 연속 가동할 수 있지만, 부식성 알칼리 용액으로 인한 설비 내구성, 폐수 발생과 같은 단점이 있다.

  ㅇ 고체 흡착 방식은 흡착제 필터에 공기를 통과시키면, 흡착제에 이산화탄소 분자는 달라붙고 공기 분자는 빠져나가는 방식이다. 필터에 이산화탄소가 가득 차면 열이나 압력을 가해 분리·저장한다. 액체 용액 방식에 비해 소형화가 가능하고 에너지 소모가 적다. 

□  공동 연구팀은 액체 흡수 방식의 한계를 극복하기 위해 건식 흡착 기반의 소형 DAC 설비를 설계·제작했다.

  ㅇ 해당 설비는 KAIST 최민기 교수팀이 개발한 건식 이산화탄소 흡착제와 화학연 박용기 박사팀이 보유한 장치 설계·제작 기술이 합쳐졌으며, 에코프로에이치엔에서 소형 설비로 제품화하고 있다. 

  ㅇ KAIST 최민기 교수 연구팀은 2016년부터 이산화탄소 제거 흡착제 연구를 본격적으로 추진해 왔다. 이번에 개발된 흡착제는 직접공기포집(DAC) 기술 뿐만 아니라 화력발전소 배기가스의 이산화탄소 포집에도 적용할 수 있다. 특히 기존 기술과 비교해 흡착 성능, 경제성, 장기 안정성을 동시에 확보한 것이 큰 특징이다.

<[그림 3] KAIST에서 개발한 건식 방식의 이산화탄소 흡수제. 소형 DAC에 적용되어 폐수 발생, 설비 부식이라는 기존 습식 방식의 이산화탄소 흡수 기술의 단점을 극복하는데 기여했다>

  ㅇ 화학연 박용기 박사팀은 발전소·제철소가 배출하는 탄소를 포집하는 연구를 통해 얻은 노하우를 이번 DAC 설비를 만드는데 활용했다. 흡착 및 탈착 과정에서 필요한 온도·압력 조건을 조정함으로써 반복적인 이산화탄소 고농도 포집이 원활하도록 설계·제작했다. 

  ㅇ 이 설비는 특정 지점·시설에 국한되지 않고 다양한 장소에 설치할 수 있으며, 특히 스마트팜과 같은 농업 현장에서 효율적으로 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

  ㅇ 그동안 인위적으로 이산화탄소를 만들어 공급하던 방식과 달리, 소형 DAC 설비는 공기 중 이산화탄소를 직접 포집하여 고농도로 농축한 뒤 농작물에 공급한다. 농작물 재배 과정에서 친환경적인 솔루션을 제공하고 비용을 효율적으로 쓸 수 있는 것이다. 

  ㅇ 현재 경상북도 상주 스마트팜혁신밸리에 설치된 1세대 DAC 장치는 토마토 재배 환경에서 실제 성능 검증을 마쳤다. 실험 결과 이산화탄소 농도를 600~700ppm까지 높이는 데 성공했으며, 성능 개선을 통해 800~1000ppm을 목표로 하고 있다. 이후 미세조류를 포함한 다른 분야 농작물에도 소형 DAC 설비를 적용할 방침이다.

<[그림 1] 소형 DAC 설비 실증이 이뤄지고 있는 경상북도 상주 스마트팜혁신밸리 내에 위치한 에코프로에이치엔의 온실 모습>

□ 이번 결과는 스마트팜 재배 환경 혁신에 기여할 것으로 기대된다.

  ㅇ 이영국 화학연 원장은 “이번 기술은 공공 연구기관과 대학, 기업이  협력하여 실제 농업 현장에서 적용될 수 있는 기술로 발전했다는 점에서 의미있는 기술”이라며,  “스마트팜의 생산성 향상과 함께 탄소 저감이라는 국가적 과제 해결에도 기여할 것”이라고 기대했다.

- 기존 상용 광(光)센서보다 다양한 파장 감지 가능한 위상결정절연체 소재 활용
- 위상결정절연체 소재의 단점이던 대면적화 고비용 문제 해결
- 의료·환경·군사까지 활용 분야 다양, 국산 차세대 적외선 센서 플랫폼 기대

□ 다양한 빛을 통합 감지하는 차세대 센서 소재가 국내에서 개발됐다.

  ㅇ 한국화학연구원(원장 이영국) 송우석 박사, 성균관대학교(총장 유지범) 윤대호 교수 공동 연구팀은 기존 상용 소재보다 다양한 파장의 빛을 감지할 수 있는 차세대 광(光)센서 소재를 개발하고, 이를 6인치 대면적 기판에 저렴하게 합성하는 데 성공했다.

□ 광센서는 감지하는 빛의 파장에 따라 스마트 제품·보안·기후 환경·의료 등 여러 용도의 센서로 나눠진다.

  ㅇ 지금까지는 가시광, 근적외선, 중·원적외선 센서가 각각 따로 존재해, 자율주행차·군사용 드론 같은 제품에 여러 센서를 탑재해야 했다. 한편 광대역 센서는 여러 파장을 통합 감지하는 차세대 광센서이다. 기존 광대역 광센서의 2차원 소재는 가시광선부터 근적외선까지 감지할 수 있었다. 다만 중·원적외선은 감지할 수 없고, 습기·온도 변화에 쉽게 변질되어 야외·군사용 등 일부 환경에서 쓰기 힘들었다.

  ㅇ 이번에 개발된 광대역 광센서 소재는 가시광선부터 원적외선까지 모든 영역을 통합 감지하며, 고온·고습 환경에서도 안정성이 높다. 여러 센서가 필요한 제품의 구조 단순화 및 비용 절감이 가능하다. 예를 들어 자율주행차나 군사용 드론에서 주간 촬영·대상 인식용 가시광 센서, 거리 측정용 근적외선 센서(LiDAR), 야간 사람 감지용 중·원적외선 센서를 하나로 통합할 수 있다.

<[그림 3] SnSeTe 삼원계 위상결정절연체 기반 광센서의 광대역 광응답성>

□  연구팀은 기존의 2차원 반도체 ‘주석-셀레나이드 화합물(SnSe)’에 텔루륨(Te) 원자를 섞은, 위상결정절연체(SnSe0.9Te0.1)를 활용했다.

  ㅇ 위상결정절연체 소재는 양자소재의 하나로서, 더 넓은 파장의 통합 감지가 가능하고 안정성도 높은 차세대 광대역 광센서 소재이다. 

<[그림 1] SnSeTe 삼원계 위상결정절연체 소재 기반 광대역, 고안정성 광센서 개발>

  ㅇ 기존 2차원 평면 구조 소재의 센서는 밴드갭(감지 문턱)이 커서, 힘이 센 가시광선은 전자를 점프시켜 감지가 가능했지만, 에너지가 작은 ‘장파장 적외선’은 전자를 점프시킬 수 없어 감지할 수 없었다. 

  ㅇ 반면 위상결정절연체 구조는 밴드갭이 낮아, 장파장 빛(중적외선, 원적외선)도 충분히 전자를 움직이게 할 수 있다. 마치 얼음 속을 이동하긴 어렵지만 위에서는 잘 미끄러지는 것처럼, 내부는 절연체 상태지만 표면은 전자가 매우 빠르게 움직일 수 있도록 만들어 준다.

  ㅇ 그 덕분에 이번 소재는 기존 2차원 소재 센서에 비해 약 8배 이상 넓은 범위(0.4 ~ 1.2 → 0.5 ~ 9.6마이크로미터(㎛))를 감지하는 광대역 특성과 사람 손가락의 미세 열(원적외선)도 감지하는 고감도 특성을 갖췄다. 또한 얇고 가벼우며, 고온·고습·수중 환경 안정성도 높다.

<[그림 4] SnSeTe 삼원계 위상결정절연체 기반 광센서의 다양한 환경 안정성 및 미세 감지 성능>

  ㅇ 간단한 제조 공정도 장점이다. 원래 위상결정절연체는 너무 예민해서 MBE 같은 고가의 초고진공 상태 제조 장비가 필요했는데, 연구팀은 덜 예민하면서도 위상 특성을 내는 소재(SnSe0.9Te0.1)를 설계했다. 덕분에 용액을 떨어트려 굳히는 저비용의 용액 공정 기반 열분해 방식으로 손바닥 크기의 6인치 웨이퍼에 균일한 생산이 가능해졌다. 기존 반도체 공정과도 호환되어 제조 비용 절감 및 양산에 유리하다.

<[그림 2] SnSeTe 삼원계 위상결정절연체의 대면적, 고균일 합성법>

<[그림 6-4] 2차원 센서 소재와 텔루륨(Te) 분말을 석영관로에 넣고 열분해하여 위상결정절연체를 완성시키고 있다>

□ 연구팀은 현재 이 기술을 8인치 이상 대면적으로 확장하고, 센서 배열·회로 집적화를 통해 완성형 센서 모듈 개발을 추진 중이다.

<[그림 6-5] 완성된 위상결정절연체 광 센서 소재를 광대역 광 센서 성능 평가 장비에 결합시키고 있다>

  ㅇ 화학연 송우석 박사는 “이 센서는 자율주행차, 군사 드론, 스마트워치, 가정용 IoT 보안장치까지 모두 커버할 수 있다.”라고 설명했다. 이영국 화학연 원장은 “다파장 통합 광대역 센서 시장에서 고가의 기존 외국산 센서를 대체하여 국산 고성능 광대역 센서 시대를 여는 전환점이 될 것”이라고 기대했다.

  ㅇ 이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 Acs Nano(IF : 16.0)에 2025년 7월 게재되었다. 화학연 송우석 박사·성균관대 윤대호 교수가 교신저자로, 화학연 이도형 학생연구원, 조형구 박사가 1저자로 참여했다.

  ㅇ 이번 연구는 화학연 기본사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 나노·소재기술개발 사업의 지원으로 수행되었다.

- 이영국 원장 “PBS 제도 폐지 이후, 국가 임무 중심 연구와 협업·헌신의 정신으로 새로운 도약 준비”
- 창립 기념 포상 연구대상에 광에너지연구센터, 올해의 KRICT인 상에 김필호 박사 등 13개 단체, 86명 시상

□ 한국화학연구원(원장 이영국)은 9월 1일(월) 오전 10시 30분 행정동 강당에서 창립 제49주년 기념 행사를 개최했다.

  ㅇ 이영국 화학연 원장은 이날 직원들에게 “PBS 제도의 단계적 폐지와 함께 출연연의 임무 중심형 연구체계 전환이라는 큰 변화가 다가오고 있다.”며, “연구자가 행정보다 연구에 집중하고, 국가와 사회가 필요로 하는 임무 중심 연구에 몰입할 수 있는 기회를 적극 활용해야 한다.”고 당부했다.

□ 이영국 원장은 행사에 전임 원장으로서 참석한 채영복 전 과학기술처 장관이 올해 5월 과학기술유공자에 헌정되었음을 함께 축하하며 기념사를 시작했다. 이영국 원장은 기념사에서 지난 1년간 화학연이 달성한 성과를 돌아보며, 연구자들의 노고에 감사의 뜻을 전했다. 그는 이차전지, 탄소중립, 바이오, AI 연구 등 다양한 분야에서 세계적 수준의 성과를 창출했다고 평가했다.

  ㅇ 화학연은 이영국 원장 취임 후 국가전략기술, 탄소중립 등 국가중점투자 분야에 집중해 기관 차원의 선제적 대응을 이어왔다. 

  ㅇ 화학연은 이차전지 분야에서 글로벌 TOP 전략연구단 총괄기관으로서 산업계와 출연연 간 상호 이해와 실질적 협력에 힘쓰고 있다. 특히 올해는 세계 최초로 전기차용 리튬이온전지를 상용화했던 산업계 전문가 김명환 단장이 국가특임연구원 1호로서 전략연구단에 합류했다. 그리고 300여 명의 전문가가 참여한 전략 워크숍, 엘앤에프와의 MOU 체결 및 핵심 양극재 샘플 제공 등을 통해 산·학·연·관 협력 기반을 강화했다고 소개했다.

  ㅇ 또 다른 글로벌 TOP 전략연구단인 ‘기후위기 대응을 위한 이산화탄소 자원화 전략연구단’도 화학연이 총괄기관을 맡았다. 이 연구단은 올해 5월 선정되어, 무탄소 에너지를 활용한 전기화학 기반의 e-CCU 기술을 활용해 2035년까지 연간 120만 톤 이상의 온실가스 저감을 목표로 하고 있다. 이 연구단 역시 산업계 경험이 풍부한 최선 단장을 책임자로 임명했다. 최선 단장은 원천기술 개발부터 연산 20만톤 이상 규모의 상용화 성공 경험을 보유했으며, SK이노베이션 및 한화토탈 연구소장으로서 15년 이상 근무한 전문가다.

  ㅇ 화학연은 신약 및 바이오 분야 성과도 주목받았다. 김필호 박사가 개발한 혈액암 치료용 표적 단백질 분해제 후보물질이 국내 최초로 한·미 임상 1상에 진입했고, 세계 10개국에서 판매 중인 제초제 ‘테라도’의 누적 매출이 3천억 원을 돌파하는 등 성과를 달성했다. 또한 글로벌 파트너십을 기반으로 유전자·세포 치료제 개발에도 매진하고 있다고 밝혔다.

  ㅇ 이 밖에도 학생 인건비 상향, 조직문화 개선 로드맵 수립, 신진 인력 위주의 영보드 운영, 안전문화 확산 활동 등을 통해 ‘사람 중심 경영’과 ‘안전한 연구 환경 조성’을 실현한 점도 성과로 들었다.

  ㅇ 특히 기념사 말미에는 축구선수 손흥민의 리더십 사례를 인용하며, “협업과 헌신의 정신이야말로 연구원의 미래를 지탱하는 힘”이라 강조했다. PBS 폐지와 임무 중심형 역할 도출이 필요한 출연연의 변화의 속에서도 구성원 모두가 함께 도전하고 협력하여 새로운 도약을 준비하자고 당부했다.

□ 한편, 창립기념식에서는 연구 분야와 기관 운영에 기여한 우수 단체 및 개인에 대한 시상이 진행됐다. ‘연구대상’에는 세계 최고 수준의 페로브스카이트 태양전지 기술을 개발해 다양한 기술이전에 기여한 광에너지연구센터가 선정되었으며, ‘올해의 KRICT인상’은 신약정보기술연구센터 김필호 박사가 수상했다. 이 외에도 12개 단체와 85명이 수상의 영예를 안았다.

  ㅇ 창립기념 행사가 종료된 후 역대 창립기념 포상 수여 단체 및 개인의 사기 진작과 자긍심을 고취하기 위해 ‘명예의 전당’ 현판 수여식을 개최하였다.

<[그림 2] 화학연 제49주년 창립기념식에서 이영국 원장과 전임 원장 및 수상자를 포함한 임직원들이 기념 촬영을 하고 있다>

<[그림 3] 화학연 제49주년 창립기념식에서 연구대상을 받은 광에너지연구센터 전남중 센터장(오른쪽)이 기념촬영을 하고 있다>

<[그림 4] 화학연 제49주년 창립기념식에서 연구대상을 받은 광에너지연구센터 전남중 센터장이 수상 소감을 말하고 있다>

<[그림 5] 화학연 제49주년 창립기념식에서 올해의 KRICT인 상을 받은 김필호 책임연구원(오른쪽)이 기념촬영을 하고 있다>

<[그림 6] 화학연 제49주년 창립기념식에서 올해의 KRICT인 상을 받은 김필호 책임연구원이 수상 소감을 말하고 있다>

<[그림 7] 화학연 제49주년 창립기념식에서 올해의 KRICT인상을 받은 김필호 책임연구원(오른쪽)이 이영국 원장과 함께 명예의 전당에 명패를 부착하고 있다>

- 한국화학연구원, 산업계 현장 문제해결 역량 강화 위한 실무형 교육 프로그램 개최
- 누적 참석자 1,000명 돌파 눈앞, 중소기업부터 대기업까지 참여하며 산업 생태계 활성화에 기여

□ 한국화학연구원(원장 이영국) 신뢰성평가센터는 오는 8월 26일(월) 대전 디딤돌플라자 4층 강당에서 '제11회 내후성학교'를 개최한다.

  ○ 내후성*학교는 2015년 시작된 국내 유일의 내후성 전문 교육 프로그램으로, 내후성 시험 기술을 바탕으로 산업 현장에서 발생하는 소재 열화

      및 내구성 문제 해결을 위한 실무형 교육과정이다.

      * 내후성: 자외선, 온도, 습도 등 자연환경 요소에 대한 소재 저항성으로, 자동차·전자·건축·문화재 보존 등 다양한 산업 분야의 핵심 기반 기술

□ 11회째를 맞는 내후성학교에 LG전자(주), SK이노베이션(주), 삼성전자(주) 등 국내 화학산업 총 34개 기업 82명이 참가 신청을 완료했다.

     지금까지 10회를 운영하는 동안 산업계 및 연구기관 종사자 975명이 참석하여 국내 내후성 전문 인력 양성의 중추적 역할을 해왔다.

  ○ 최근 국내 화학소재 산업은 글로벌 경쟁 심화와 고부가가치화로 인해 한층 더 높은 신뢰성과 내구성이 필수적이다. 이에 올해 내후성학교는

      ‘소재 열화의 이해’를 주제로, 산업계가 당면한 문제 해결에 직접 도움이 되는 교육을 마련하였다. 

  ○ 특히 소재 열화 메커니즘을 이해하고 평가하는 기술에 중점을 두어 제품 개발 과정에서 신뢰성 향상과 시장 대응력 강화를 목표로 한다.

  ○ 본 행사는 화학연 송인영 박사를 포함한 다양한 연사의 ▲플라스틱 소재 신뢰성 평가 및 방법, ▲플라스틱 열화 분석 방법 소개, ▲필드 열화와

      가속 열화 조건의 이해 등의 전문 강의로 구성된다. 마지막으로 질의응답 시간을 통해 참가자들의 궁금사항을 해결하는 시간을 갖는다.

□ 내후성학교는 지난 10여 년간 산업계 애로사항을 해결하고, 실질적인 문제 해결 능력을 배양할 수 있는 기회를 제공해왔다. 대표적으로

     국립문화유산연구원과의 협력을 통해 문화재 장기 보존을 위한 내후성 시험법을 마련해 문화재 보호 기술을 고도화한 사례가 있다.

  ○ 또한 현대자동차(주), LG전자(주) 등 주요 기업과의 공동연구와 기술 교류를 통해 플라스틱 소재의 내후성 검증 및 고장 분석을 지원하여

      제품 수명 연장과 품질 경쟁력 강화에 기여했다.

  ○ 최근 산업계에서는 제품의 복합적 성능 요구가 급격히 증가해, 복합적 기술 원리와 최신 경향을 종합적으로 이해한 시험 설계가 필수적이다.

      화학연은 이러한 산업 트렌드에 부응하기 위해 평가 기술을 고도화하고 새로운 시험 분야로의 확장을 추진 중이다.

      향후에는 국제 표준화 기구와 연계하여 글로벌 연구 협력도 확대해 나갈 예정이다.

□ 허규용 신뢰성평가센터장은 "내후성학교는 국내 화학소재산업의 경쟁력 강화를 위한 핵심 교육 프로그램으로 자리잡았다."며

     "산업현장에 필요한 기술정보와 신기술을 중심으로 한 실무형 교육을 통해 국내 기업이 글로벌 시장에 안정적이고 경쟁력 있는 제품을

     개발할 수 있도록 지원할 계획"이라고 밝혔다.

  ○ 한편 신뢰성평가센터는 화학소재에 대한 종합분석부터 첨단 정밀분석까지 수행 가능한 인프라를 보유하고 있으며, 산업계와 가까운 위치에서

      국내 산업의 활성화 및 국산화 개발 지원 임무를 수행하고 있다.