[이달의 과학기술자상] 하헌필 KIST 물질구조제어연구센터장

'환경오염 주범' 질소산화물 저온처리 길터

하헌필(오른쪽) KIST 물질구조제어연구센터장이 KIST 연구실에서 재료 화학 실험을 지도하고 있다. /사진제공=KIST

300도 이상서만 처리가능한 비효율적 기존 촉매 대신

220도서 작용하는 촉매 개발… 세계 최초 상용화 성공

제철소·발전소·소각로 등 산업현장서 두루 활용될 듯



제철소·선박·자동차 등 화석연료를 사용하는 곳은 엔진의 효율성이 좋아질수록 낮은 온도의 오염물질을 배출한다. 엔진에 연료를 투입할 때 온도와 엔진을 거쳐 가스가 된 뒤의 온도 간 차이가 클수록 에너지를 효율적으로 사용했다는 뜻이기 때문이다. 각 분야에서 엔진 효율은 날이 갈수록 좋아지고 있지만 오염물질을 저온에서 정화하는 기술은 아직 그만큼 발달하지 못했다. 아직도 대부분의 산업 현장에서는 오염물질을 섭씨 300도 아래에서 처리하기 힘들어 다시 한 번 이를 가열해 온도를 높인 뒤 정화하는 비효율적 방식을 따른다.

2일 한국과학기술연구원(KIST)에서 만난 하헌필(53) KIST 물질구조제어연구센터장은 대표적인 환경 오염물질인 질소산화물을 220도에서도 처리할 수 있는 촉매를 개발해 세계 최초로 상용화에 성공했다. 질소산화물은 대부분의 산업 현장에서 나타나는 초미세 먼지를 만드는 주범으로 산성비·스모그 현상 등을 유발한다. 그동안에는 질소산화물을 처리하는 촉매로 몰리브덴이나 텅스텐을 조촉매로 사용하는 V-TiO2계 촉매가 세계 시장을 지배했다. 그러나 이 촉매는 작동 범위가 300도 이상의 고온 영역에만 국한돼 있어 온도가 낮은 질소산화물을 한 번 더 가열해야 하는 번거로움을 거쳐야 했다.

이에 하 센터장은 지난 2007년께 안티몬(Sb) 원소를 활용해 250도에서도 질소산화물을 처리할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 이 기술은 강릉에 있는 중소기업 대영씨엔이에 이전돼 포스코 광양제철소 소결로에 2013년부터 적용됐다. 이를 통해 포스코는 기존 외산 제품을 국산으로 대체하는 것은 물론 촉매 가격을 30% 이상 줄이면서 수백억원의 비용을 아끼게 됐다.

하 센터장의 기술은 비용뿐 아니라 내구성도 좋아 제철소는 물론 소각로·발전소·굴삭기·트럭 등 오염물질이 발생하는 어느 곳에도 적용이 가능하다. 실제로 대영씨엔이는 중국·대만·태국 등의 제철소·발전소에 이 기술을 활용한 촉매 장치를 수출하기도 했다.

그의 도전은 여기서 한 걸음 더 나아갔다. 그가 기존에 개발한 촉매에 세륨(Ce) 산화물인 세리아를 추가해 세계 최초로 상용화할 수 있는 220도 저온 처리 촉매까지 2012년 개발했다. 이는 국내 선박 엔진 제조회사에 기술이전돼 상용화를 눈앞에 둔 상태이다. 국제해사기구(IMO)에서 내년부터 선박이 유해가스 배출규제지역(ECA)을 운항할 때 이를 규제하는 제도를 시행하기로 함에 따라 전 세계 선박업계에서는 해당 기술을 확보하는 것이 현재 지상 과제이다. 하 센터장의 촉매기술은 현재 질소산화물을 처리하는 가장 효율적인 기술이기 때문에 앞으로 수천억~수조원에 이르는 해당 시장을 우리나라가 선도할 수 있다. 하 센터장은 "경쟁 국가인 일본과 유럽은 선박 엔진 앞부분에 장착할 수 있는 촉매장치를 개발하는 데 매진했는데 우리는 반대로 엔진 터보차저(엔진 출력을 높이는 보조장치) 뒤에 설치할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다"며 "선박 분야는 시장이 이제 열리기 시작하므로 파급효과를 기대해도 좋을 것 같다"고 말했다.



하 센터장은 나아가 자동차에도 적용할 수 있는 촉매를 개발하는 방안을 구상하고 있다. 150~200도에서도 질소산화물을 처리할 수 있는 촉매를 개발하면 모든 자동차에 적용할 수 있고 국가 성장동력에도 직결될 수 있다. 아직 연구에 돌입한 것은 아니지만 지금의 기술을 확장하면 이것도 꿈이 아니라는 게 그의 생각이다. 하 센터장은 "질소산화물을 저온에서 처리할 수 있는 기술만 뒷받침되면 자동차회사도 마음대로 엔진효율을 높일 수 있다"며 "자동차까지 기술을 확장할 수 있다면 경제 효과가 수조원에 달할 것"이라고 기대했다.

"과학자로 충분히 만족… 인재 '의대 쏠림' 아쉬워"

윤경환 기자

"우수한 인재 상당수가 의대로만 흘러가는데 과학자가 돼도 충분히 자기 만족을 거둘 수 있습니다. 훌륭한 과학기술을 개발하면 의사보다 부자도 될 수 있어요."

하헌필(53) KIST 물질구조제어연구센터장은 2일 "정말 우수한 재원이라면 연구자가 돼야 한다"며 이렇게 강조했다. 과학자로서 성공하면 의사 못지 않은 보상을 기대할 수도 있으니 다른 길로 새지 말라는 현실적 조언이었다.

하 센터장은 "영국에서 박사 학위를 받았지만 이제 선진국과 우리나라의 연구 인프라 차이는 거의 없다고 봐도 좋다"며 "논리적·단계적 연구 문화와 사고방식만 더 정착하면 한국도 충분히 따라잡을 수 있다"고 자신했다. 연구소에서 자유롭게 연구를 하고 싶어 과학자의 길을 택했다는 하 센터장은 본래 재료공학을 전공했다. 1989년 KIST에 들어가 2000년대 초까지 열전소재를 연구한 그는 세계 최고 효율의 소재기술을 개발한 뒤 2002년께 전공을 완전히 바꿨다. 발전소에서 쓰던 기존 촉매가 산업 현장에서 요구하는 온도 기준에 미달한다는 이야기를 우연히 들으면서다. 기존 화학 전공자와 달리 주기율표에서 원소를 먼저 찾기보다 재료공학도답게 모델링을 통해 거꾸로 원소를 추적했다. 그랬더니 당시 아무도 주목하지 않았던 안티몬(Sb)을 활용할 수 있게 됐다.

하 센터장은 "질소산화물 처리 촉매에 원자·전자적 특성을 적용하면 재료를 개량할 수 있겠다는 생각이 들었다"며 "열전소재 연구만 하다가 새로운 영역에 도전하는 것이 당시로서는 상당히 어려운 일이었다"고 회상했다. 그는 자신이 개발한 기술이 상용화돼 국가 경제 상승 효과로 이어질 때 가장 보람을 느낀다는 설명을 덧붙였다. "연구자는 내가 하고 싶은 연구를 하기보다 시장과 사회 수요를 먼저 파악한 뒤 나의 연구를 거기에 맞춰야 해요." 하 센터장이 강조한 말이다.