세계일류 수준의 연구성과 선정으로 연구경쟁력 강화 및 자긍심 고취

[인더스트리뉴스 최홍식 기자] 한국화학연구원(원장 김성수)은 세계일류 수준의 경쟁력을 보유한 연구성과로 2건의 '2018년 세계적 혁신기술'을 확정했다. '세계적 혁신기술'은 최근 3년간의 KRICT 혁신기술 중 운영진의 검토를 거쳐 후보를 선발하고, 내·외부 산학연 전문가들의 정성평가와 세계적혁신기술선정심의위원회를 통해 최종 심의·선정했다. KRICT 혁신기술은 기술적 우위를 바탕으로 시장 패러다임 및 산업구조의 변화를 통해 새로운 가치를 창출할 수 있는 한계돌파(Breakthrough)형 기술로 특허, 우수논문 게재 및 기술이전 실적을 기준으로 대상을 선정한다. 

세계적혁신기술선정심의위원회는 지난 2월 화학연구원 대회의실에서 개최됐으며, 화학연구원 원장, 부원장 등 내부위원 5명과 후보기술 관련 산학연 전문가 5명이 참여했다. 혁신기술 선정에는 연구성과의 질적 우수성, 독창성, 혁신성, 우위성, 파급성 등을 고려했다.

장종산 박사팀 ‘혁신적 MOF 수분흡착제 및 에너지절약형 흡착식 냉방 제습기술’ 관련 그림 [자료=한국화학연구원]

화학연구원 세계적 혁신 기술은 장종산 박사팀의 '혁신적 MOF 수분흡착제 및 에너지절약형 흡착식 냉방·제습기술'과 서장원 박사팀의 '세계선도형 고효율·고안정성 페로브스카이트 태양전지 기술' 이다. 장종산 박사팀의 '혁신적 MOF 수분흡착제 및 에너지절약형 흡착식 냉방·제습기술'은 친환경 저온 재생 냉방기용 흡착제를 개발해 2018년 Nature Energy지에 논문을 게재한 성과다. 

친환경 흡착식 냉방기는 전기를 거의 쓰지 않고, 물(냉매)과 흡착제, 태양열 등으로 실외기가 없이 구동할 수 있는 장치다. 연구팀은 친환경 흡착식 냉방기에 쓰일 수 있는 저온 재생형 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, 이하 MOF) 수분흡착제를 프랑스의 CNRS 연구소와 공동으로 개발했다. 이는 안정성이 높고 기존 흡착제인 제올라이트 대비 24% 높은 냉방효율, 실리카겔 대비 수분 흡착량 2배 이상의 성능을 가지고 있으며, 55℃~65℃ 저온 재생이 가능하다. 전기식 에어컨 대비 1/20 이하로 전력사용을 최소화하며, 수분흡착제의 재생 열원으로 70℃ 이하의 태양열·지역난방열·산업폐열에 적용할 수 있다.

연구팀은 2012년부터 Advanced Materials지 속표지 논문에 게재했고, 최초의 저온 재생 수분흡착제 미국특허를 등록하여 차세대 수분흡착제 기술을 이끌고 있다. 현재까지 저온 재생 수분흡착제 특허를 포함해 13편의 MOF 물질 및 응용기술관련 미국특허를 등록해 특허기술 포트폴리오를 구축하고 있으며, 수분흡착제 합성 및 수분 응용기술 일부에 대해 기술이전 및 사업화를 진행 중이다.

서장원 박사팀 ‘세계선도형 고효율고안정성 페로브스카이트 태양전지 기술’ 관련 그림 [자료=한국화학연구원]

서장원 박사팀은 세계선도형 고효율·고안정성 페로브스카이트 태양전지 기술을 통해 1cm2 소자 페로브스카이트 태양전지의 효율을 세계최고 수준인 20.9%까지 끌어올렸으며(Progress in Photovoltaics, solar cell efficiency table 등재), 동시에 우수한 장기 안정성을 확보하였다. 또한, 2018년 국가연구개발 우수성과 100선 (과기정통부, 최우수)에 선정된 바 있다.

연구팀은 차세대 태양전지로 주목받고 있는 페로브스카이트 소재를 집중적으로 연구해왔으며, 고효율화 기술력을 바탕으로 단위소자에서부터 대면적 모듈에 이르기까지 성능을 높이기 위한 연구에 매진하고 있다. 인증효율은 0.1cm2 단위소자 22.7%(NREL차트 등재, 2017.10), 1cm2 소자 20.9%(Progress in Photovoltaics, solar cell efficiency table 등재, 2018), 90cm2 모듈 17.1%을 받아서 세계수준의 고효율화 기술을 선보이고 있다.

연구팀은 태양전지의 효율 향상을 위한 연구를 계속하는 한편, 상용화를 위해 페로브스카이트 소자의 내구성 확보에도 힘을 쏟았다. 20% 이상의 고효율 소자에서 고온 (60℃)에서 500시간, 광조사하에서 300시간 이상 우수한 장기안정성을 보였고 이에 대한 연구 결과는 2018년 Nature Energy지에 게재하였다. 최근에는 페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 대면적 모듈 제조 기술을 바탕으로 가볍고 유연한 태양전지를 개발에 힘쓰고 있다.

한국화학연구원 CCP 융합연구단 장종산 박사(왼쪽)와 에너지소재연구센터 서장원 박사(오른쪽) [사진=한국화학연구원]

화학연구원 김성수 원장은 “기존 우수성과 제도를 전면 개편하여 2018년부터 KRICT 혁신기술 및 세계적 혁신기술 선정제도를 운영하고 있다. 향후 세계적 혁신기술 선정대상에 대해 장기적, 안정적으로 성과를 창출할 수 있도록 기관차원의 지원을 확대해 나갈 것이며, 화학연구원에서 운영 중인 미래시드사업과 수월성 연구그룹 육성사업에 연계하여 세계적 혁신기술로 도약할 수 있는 유망기술과 연구그룹 육성을 강화해 나갈 계획이다”고 말했다.

미래시드사업은 신진연구자 연구역량 강화 및 R&D 기반의 신규 연구분야 발굴·사전 타당성 검토를 위한 연구지원 사업이다. 수월성 연구그룹 육성사업은 연구성과 계획서의 매우 도전적 성과목표 또는 대표지표 및 세계적 수준의 연구그룹으로 육성이 필요한 연구분야 지원을 통한 세계적 수준의 혁신적 연구성과 창출 및 우수 연구그룹 육성을 위한 연구지원 사업이다. 

[최홍식 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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