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심태섭 교수팀, 미세·나노 플라스틱 제거 가능한 흡착소재 개발

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서형탁 교수팀, ‘공공연구성과 실증시범사업’ 선정- 원천기술 상용화 나서

- 신재생 에너지 사용 안전성 확보 위한 기술 상용화 목표 - 총 33개월, 사업비 규모 13.75억 아주대학교 첨단신소재공학과 서형탁 교수팀이 과학기술정보통신부·과학기술사업화진흥원 주관 <공공연구성과 실증 시범사업>에 참여한다. 사업 기간은 2026년 4월부터 2028년 12월까지 33개월, 총사업비는 13억7500만원 상당이다. <공공연구성과 실증 시범사업>은 대학과 연구소 등 공공연구기관이 보유하고 있는 우수한 원천기술이 산업계에서 실제 제품과 서비스로 구현될 수 있도록 기술검증(PoC)과 소규모 실증을 집중적으로 지원하는 사업이다. 실험실 수준의 기술이 상용화로 넘어가는 과정에서 겪는 이른바 '죽음의 계곡(Valley of Death)'을 극복하기 위해 과제당 최대 3년 동안 연 5억원 내외, 총 13억7500만원 규모의 연구 개발비를 지원한다. 우리 학교 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)가 총괄을 맡은 연구팀은 ‘환경 적응형 초정밀 멀티 가스 스마트 광학 센서 플랫폼 개발’이라는 주제로 이번 사업에 선정됐다. 연구팀은 산·학·연 컨소시엄으로 구성됐고, 아주대가 주관기관을 맡았다. 공동 연구개발기관으로 MEMS 센서 전문 중견기업인 ㈜엠엔텍과 차세대융합기술연구원 소속 연구자들이 함께 참여한다. 수요기업으로는 에너지 전문기업인 한국동서발전과 ㈜삼천리가 함께 한다. 이번 과제의 기획과 구성 전반에는 아주대 산학협력단 기술혁신팀이 함께 참여했다. 서형탁 교수팀은 이번 사업 선정을 기반으로 미래 에너지 3대 핵심 가스인 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4)의 미세 누출을 조기에 감지하는 ‘국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 기반 듀얼모드 다중 센서 및 지능형 엣지 AI 플랫폼’ 원천기술의 고도화에 나선다. ‘탄소 중립’이라는 목표 달성을 위해 글로벌 에너지 산업은 화석 연료 중심의 기존 체계에서 수소(H2), 암모니아(NH3) 그리고 가교 연료인 메탄(CH4)을 중심으로 한 저탄소 에너지 믹스로 급격히 재편되고 있다. 이는 단순한 에너지원의 교체를 넘어, 에너지의 생산-저장-운송-활용에 이르는 전 주기(Value Chain)에 걸쳐 새로운 차원의 안전관리 패러다임을 필요로 한다. 특히 기존의 단일 가스 중심 에너지 인프라와 달리, 미래의 에너지 스테이션은 수소 생산(개질·수전해), 암모니아 저장 및 크래킹, 도시가스(메탄) 공급 시설 등이 혼재된 복합·융합 스테이션의 형태를 띨 것으로 전망된다. 이러한 복합가스 환경은 ‘폭발·독성·온실가스 누출’이라는 세 가지의 다른 위험 요소를 동시에 관리해야 한다는 점에서 고난이도의 기술력과 노하우를 필요로 한다. 특히 기존의 상용 센서 기술로는 감지하기 어려운 미세 누출(Micro-leakage)이나 서로 다른 가스 간의 간섭(Cross-sensitivity) 문제는 안전 시스템의 신뢰성을 위협하는 주요 요인으로 지적되고 있다. 연구팀은 이러한 신재생 에너지 복합가스 환경에서의 안전성 확보를 위해 기존 단일 감지 방식에서 탈피, 전기신호와 광신호를 동시 활용하는 MEMS형(Micro Electro Mechanical Systems) 다중모드 가스센서 개념을 제안했다. 이 기술은 빛과 전기신호를 동시에 활용하는 듀얼 모드 감지 소재와 지능형 엣지 AI를 결합, 상호 간섭을 배제하고 정확도를 획기적으로 높이는 기술이다. 연구팀은 이번 실증시범사업 기간 동안 AI가 탑재된 2채널 통합 센서 시제품을 제작하고, 기술 성숙도를 시작품 단계에서 실제 환경 실증이 가능한 기술성숙도(TRL) 6단계 수준으로 끌어올릴 계획이다. 서형탁 교수는 “대학 연구실에서 창출된 기초 원천기술이 차세대 에너지 산업 현장의 안전 규제 및 기술 공백을 해소하는 핵심 솔루션으로 거듭나게 될 것”이라며 “아주대 기술혁신팀의 지원과 참여 기관 간의 긴밀한 협력을 바탕으로 원천기술 고도화를 위해 노력하겠다”라고 말했다. 이어 “이를 통해 해외 기술에 의존하고 있는 에너지 인프라용 고성능 센서의 완전한 국산화를 달성하고, 국내 대표 에너지 기업들과 연계한 기술이전 및 상용화 보급을 이끌어내 성공적인 기술사업화의 결실을 맺겠다”라고 덧붙였다. 서형탁 교수와 산·학·연 컨소시엄이 함께 연구해 나갈 MEMS형 다중모드 가스센서에 대한 설명

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온실가스를 유용한 자원으로- 조인선 교수팀, 탄소 자원화 기술 개발

아주대 연구진이 대표적 온실가스인 이산화탄소를 유용한 자원으로 전환할 수 있는 고성능의 비귀금속 촉매를 개발했다. 고가의 귀금속 없이도 높은 반응 효율과 내구성을 갖춰 이산화탄소 자원화 기술의 상용화 가능성을 한 단계 끌어올렸다는 평가다. 조인선 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀은 구리 산화물(CuO)과 주석 산화물(SnO2)을 결합한 헤테로 계면 기반 전극을 개발해, 전기화학적 이산화탄소(CO2) 전환 반응에서 우수한 성능을 구현했다고 밝혔다. 연구 결과는 ‘고선택성 전기화학적 이산화탄소 환원을 위한 맞춤형 이종계면 및 결함이 풍부한 CuO/SnO2 하이브리드 나노와이어 전기촉매(Defect-rich CuO/SnO2 hybrid nanowires with tailored heterointerfaces for selective electrochemical CO2 reduction)’라는 논문으로 에너지·촉매·환경 분야 저명 국제 학술지 <어플라이드 캐탈리시스 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)> 4월호에 게재됐다. 이번 연구는 아주대를 중심으로 미국 스탠퍼드대·한국화학연구원과의 국제 공동연구로 수행됐다. 제1저자인 아주대 아루무감 시바난탐(Arumugam Sivanantham) 박사는 촉매 합성 및 전기화학 성능 평가 전반을 주도했고, 제2저자인 사마드한 캅세(Samadhan Kapse) 박사는 촉매반응 기구 계산 연구를 수행했다. 스탠퍼드대에서는 이산화탄소(CO2) 전환용 MEA 시스템 설계 및 검증을 지원했다. 한국화학연구원 한길상 박사는 교신저자로서 소재 특성 분석을 지원해 연구의 완성도를 높였다. 최근 기후 위기 대응을 위해 이산화탄소(CO2)와 같은 온실가스의 배출량을 줄이고, 남은 탄소는 제거하거나 흡수하는 ‘탄소중립’이 전 지구적 과제로 인식되고 있다. 이에 산업 배기가스나 대기 중의 이산화탄소를 유용한 고부가가치 물질로 바꾸는 ‘탄소 자원화’ 기술이 주목받고 있다. 이산화탄소를 여러 공정을 통해 플라스틱이나 시멘트, 콘크리트 등으로 활용할 수 있는 것. ‘탄소 자원화’를 위한 여러 기술 중 하나인 전기화학적 이산화탄소 환원기술은 재생에너지로부터 만들어진 전기를 활용해 온실가스인 이산화탄소를 일산화탄소(CO)를 비롯한 고부가가치의 기초 화학 원료로 전환할 수 있다. 그러나 아직 이 기술은 상용화되지 못하고 있다. 기존에 활용되어 온 전극은 금(Au)·은(Ag) 등 고가의 귀금속 촉매에 의존해야 했고, 촉매의 상용화를 위해 꼭 필요한 반응 선택성과 장기 안정성에도 한계가 있었기 때문이다. 아주대 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 1300°C 이상 초고온 화염 기반의 고속 합성 공정을 활용해 구리 산화물(CuO) 나노와이어 표면에 주석 산화물(SnO2) 나노클러스터 계면을 정밀하게 설계하는 전략을 적용했다. 이 공정은 단 10초 만에 완료되며, 그 과정에서 표면 재구성이 일어나 Cu⁺ 이온과 산소 공공(결함)이 풍부한 CuO/SnO2 헤테로 계면이 형성된다. 이 계면은 이산화탄소(CO2) 흡착을 강화하고 핵심 반응 중간체(*COOH/*CO)를 안정화해 일산화탄소(CO) 생성 선택성을 크게 높이는 동시에, 경쟁 반응인 수소 발생 반응(HER)을 효과적으로 억제한다. 연구팀은 이러한 전략을 실제 산업계에서의 환경과 가까운 조건에서 입증해내는 데에도 성공했다. 실제 이산화탄소 전환 장치에 사용되는 제로-갭(Zero-gap) 구조의 막전극접합체(MEA) 셀을 이용해 고전류 조건에서 실험을 진행한 것. 이러한 조건에서 개발된 전극은 최대 92%의 CO 선택도를 기록했으며 350시간 이상 안정적인 장기 구동에도 성공했다. 이는 기존 촉매의 낮은 내구성 문제를 극복한 것으로, 이산화탄소 자원화 기술의 실질적인 상용화 가능성을 보여준 사례로 평가된다. 아주대 조인선 교수는 “화염 합성 기반의 헤테로계면 및 결함 공학이 비귀금속 촉매의 성능 한계를 돌파하는 효과적인 설계 원리임을 실증한 연구”라며 “상용 시스템에서 350시간 이상의 안정적 구동을 확인함으로써, 향후 대규모 탄소 자원화 공정으로의 실질적인 적용 가능성을 제시했다는 데 의의가 있다”라고 말했다. * 위 그림 - 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)로 전환하는 새로운 촉매 전극과 그 성능을 보여주는 이미지