화학공학과 원왕연 교수 연구팀이 재생 에너지를 활용해 새로운 연료와 제품을 생산하는 신규 통합 공정을 설계했다. 이번 연구에는 학부 연구생이던 강찬희 학생(화학공학과 석사 1기)가 제1저자로 참여해 의미가 깊다.

재생 에너지 활용해 새로운 연료와 제품 생산, 경제·환경 분석까지 진행
학부 연구생 시절 제1저자로 연구에 참여
“앞으로 하고 싶은 연구가 무엇인지 파악할 수 있던 시간”

화학공학과 원왕연 교수 연구팀이 재생 에너지를 활용해 새로운 연료와 제품을 생산하는 신규 공정을 설계했다. 이번 연구에서는 경제적, 환경적 측면에서 개발한 공정을 분석하고, 미래 기술 방향성도 제시했다. 연구 결과는 세계적인 학술지 <ACS Sustainable Chemistry(IF=9.224, JCR 상위 8.74%)>에 지난 2월 게재됐다. 또한 연구의 우수성을 인정받아 학술지 속표지로 선정됐다.

당시 학부 연구생이었던 강찬희 학생(화학공학과 석사 1기)이 연구의 제1저자로 참여해 더 큰 의미가 있다. 강찬희 학생은 “학부 연구생 1년 동안 연구하느라 힘든 시간도 있었지만, 논문으로 출판됐다는 사실이 큰 동기부여가 되는 것 같다. 이번 경험을 통해 앞으로 하고 싶은 연구가 무엇인지 파악할 수 있었다”고 말했다.

높은 탄소 효율과 환경친화적 특성 지닌 바이오매스 활용해 화석 연료 대체 시도
화석 연료와 그에 기인하는 화학 물질 사용이 증가하며 환경 오염의 심각성이 높아지고 있다. 오염을 줄이기 위한 친환경 자원 연구가 늘어나는 추세다. 화석 연료를 대체할 수 있는 바이오매스는 탄소 효율이 높고, 환경친화적이다. 원왕연 교수 연구팀은 자작나무에서 바이오 연료 전구체인 부티르산(Butyric Acid)을 생산하는 통합 공정을 제안했다. 강찬희 학생은 “바이오메스를 활용해 실생활에 쓸 수 있는 물질을 만들어보기 위해 연구 주제를 선택했다”고 설명했다.

부티르산은 셀룰로스(Cellulose) 발효를 통해 만들어진다. 부티르산 생산 과정에서 부산물로 푸르푸랄(Furfural)과 아디프산(Adipic Acid)이 생산돼 부티르산의 판매 단가가 낮아지게 된다. 원왕연 교수 연구팀은 리그닌(Lignin)을 태우는 방식과 리그닌을 아디프산으로 전환하는 두 가지 공정을 비교해 경제성을 평가하고 입증했다.

원왕연 교수 연구팀의 공정 흐름도. 원왕연 교수 연구팀은 부티르산 지속 생산을 위한 통합 공정을 설계했다.

연구 결과 당위성 증명 위해 경제성·환경성 평가 진행
연구 결과의 당위성을 확보하기 위해 경제성·환경성 평가도 진행했다. 강찬희 학생은 “통합 공정의 경제성을 평가하기 위해 민감도, 파이오니어 플랜트, 불확실성 분석을 진행했다. 그 결과 통합 공정의 부티르산 최저 판매 가격은 톤당 1,570달러로 기존 시장 가격인 1,000~1,800달러 내에 위치해 타당성을 입증했다”고 설명했다.

이번 연구는 기존 연구와는 달리 전과정평가(Life Cycle Assessment)를 진행했다는 점에서도 주목할 만하다. 원왕연 교수 연구팀은 활용이 적었던 리그닌을 전환해 아디프산을 생산하는 공정과 리그닌을 활용하지 않고 태워서 에너지로 활용하는 공정을 비교했고, 전과정평가를 진행해 환경에 미치는 영향을 살폈다. 강찬희 학생은 “환경성 평가를 진행하면 부티르산을 생산할 때 얼마만큼의 이산화탄소가 배출되는지에 대한 절대적 수치가 제시된다. 수치의 신뢰도를 높이기 위해 아디프산을 활용한 공정과 그렇지 않은 공정을 비교했다”고 밝혔다.

실제 산업 현장에서 활용하는 공정 설계에서는 전과정평가는 매우 중요하다. 그로 인해 많은 회사에서 전과정평가를 진행해달라는 협업 요청이 활발하다. 강찬희 학생은 “연구를 지속해 데이터를 확보할수록 협업 기회가 늘어날 것”이라며 “이번 연구를 통해 산업 현장에서 적용할 수 있는 경험을 쌓아 의미가 크다”라고 평가했다.

“학부 연구생 경험이 대학원 진학에 큰 영향”
강찬희 학생은 4학년 때 학부 연구생을 신청하며 연구의 길을 나섰다. 그는 “공과대학에 진학하기 전부터 공정 과정에 관심이 많았다. 지도교수님의 강의를 듣고 관련 분야에 흥미를 느껴 학부 연구생을 시작하게 됐다. 학부 연구생 자체가 좋은 경험이고, 과정을 통해 연구에 대한 흥미와 열정을 발견할 수 있다”라며 “연구에 뜻있는 학생이 참여해야 열정을 유지할 수 있다”고 조언했다.

1년간의 학부 연구생 경험은 자연스레 대학원 진학에도 영향을 미쳤다. 강찬희 학생은 “학부 연구생으로 활동하며 연구에 대한 이해도가 점차 높아졌다”며 “이 경험이 대학원에서 연구하는 데 큰 도움이 되리라 생각했다”고 설명했다. 또한 경희대 학부 출신으로 대학원에 진학하면 장학금을 비롯해 다양한 혜택이 있어 선택에 영향을 줬다.

학부 연구생 시절 진행한 연구를 대학원에서 이어 진행할 수 있다는 점도 주요했다. 강찬희 학생은 “학부 연구생 시절 쌓은 경험과 지식을 대학원에서 더욱 발전시켜 나갈 수 있다. 이번 연구 결과를 바탕으로 후속 연구에 나설 것”이라며 앞으로의 계획을 공유했다. 그는 환경성 평가에 대한 전문성을 갖춰 세상에 기여하는 연구자가 목표라고 말했다.

강찬희 학생은 “학부 연구생 시절 쌓은 경험과 지식을 대학원에서 더욱 발전시킬 수 있다”며 “대학원 과정을 통해 전문성을 갖춰 세상에 기여하는 연구자가 되겠다”고 밝혔다.

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원왕연 교수 연구실
원왕연 교수 연구자 정보

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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