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서울대 신소재공동연구소는 한국 우주·방위산업 기업이 주목하는 ‘K퓨처테크의 미래’다. 외국산에 의존하던 방산 소재를 독자 개발하기 위한 협력이 활발히 이뤄지고 있어서다. 우주선 엔진 주력을 높이기 위한 특수합금소재만 해도 신소재공동연구소의 주요 연구 주제 중 하나다. 엔진 설계 기술도 중요하지만, 핵심 소재를 해외에서 들여와야 하는 게 현재 상황이다. 정인호 소장은 “한국의 우수한 충청북도 금속 가공 기술을 활용하면 이른 시간 안에 선진국과의 격차를 좁힐 수 있을 것”이라고 자신했다.
?첨단테크 경쟁력 결정할 신소재
재료공학은 공대 내에서도 유일하게 학과명에 ‘사이언스’(과학)가 들어간다. 기초과학에서 공학으로 가는 가교 역할을 하는 학문이라는 의미다. 그만큼 잠재력이 크다. 첨단 테크산업의 기초가 될 신소 부산국민주택 재는 아직 아무도 밟지 못한 전인미답의 영역에 있는 경우가 대다수여서다. 이런 이유로 기업과의 산학 협력도 활발히 이뤄지고 있다.
신소재공동연구소 1층에는 국내 대표 정밀산업 기업인 일진그룹의 허진규 회장 흉상이 놓여 있다. 일진그룹은 서울대가 구리박막 기술을 일진에 이전한 것에 대한 감사의 의미로 연구소 설립을 지원했다. 신소재공동연구소 상호저축은행이자비교 는 민간 기업의 후원으로 세워진 서울대 공대 연구소 1호다.
삼성전기와의 협력도 연구소의 위상을 보여주는 사례다. 서울대는 KAIST·포스텍·고려대와 함께 ‘삼성전기 세라믹 연구센터’를 9년째 운영하며 적층세라믹콘덴서(MLCC) 기술을 개발하고 있다. MLCC는 전기를 저장했다가 일정량씩 방출하는 ‘댐’과 같은 부품으로, 스마트폰·자동차· cd 서버 등 대부분 전자기기에 들어간다. 연구소는 2023년부터 내년까지 이어지는 3기 과제를 진행 중이다. 유전체·내부전극 소재 등을 개발하는 것이 목표다.
한화에어로스페이스와의 공동 연구도 활발하다. 올해 출범한 한화에어로스페이스허브에는 재료·기계·우주 분야에서 10여 개 연구실이 참여 중이다. 항공엔진용 초내열 합금 ‘인코넬 718’ 같 맞춤대출 안내서비스 은 특수합금과 세라믹 코팅 기술을 개발하는 등 방산·우주 소재의 국산화를 연구하고 있다.
신소재 분야에서 유독 산학 협력이 강조되는 것은 단일 기업이 데이터 축적과 반복 실험을 감당하기 어렵기 때문이다. 신소재는 단순히 원료를 합성하는 것만으로 완성되지 않는다. 열처리 온도 및 시간 같은 외부 조건에 따라 구조가 미세하게 달라지며, 강도·전기적 특성도 크게 변한다. 정 소장은 “신소재 개발에는 5년 이상, 상용화까지는 20년이 걸린다”며 “인공지능(AI)을 활용해 기간 단축을 시도할 수 있지만 장기적이고 전문적인 산학 연구가 핵심”이라고 강조했다.
?“금속을 순수 물질로 복원”
글로벌 신소재 산업의 핵심 경쟁지로 떠오르고 있는 키워드는 ‘지속 가능성’이다. 정 소장은 “지금까지는 철강 등 금속 가공 과정에서 카본(탄소)을 사용하면서 이산화탄소 배출이 많았다”며 “최근 떠오르는 친환경 트렌드에 맞춰 전기, 수소 등을 사용해 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이 가장 큰 연구 주제”라고 설명했다.
금속을 재활용하는 방법도 중점 연구 분야다. 정 소장은 “광석과 달리 한번 합금된 금속은 다시 가공하려면 그 안의 원소를 모두 분해하고 불순물을 없애야 한다”며 “금속 내부의 불순물을 뽑아내고 순수 물질에 가장 가까운 상태로 돌릴 방법을 연구하고 있다”고 말했다. 이 같은 기술은 배터리 소재 재활용 등 ‘도시 광산’이라고 불리는 미래산업의 게임 체인저로 기능할 것으로 예상된다.
정우철 재료공학부 교수는 “시멘트산업에도 청정수소를 도입해 탄소 배출을 줄이려고 노력 중”이라며 “반도체 제조 과정에서 수소를 사용하는 수요도 갈수록 커지고 있다”고 말했다. 예컨대 수소 플라스마는 반도체 제조 시 발생하는 폴리머 및 오염물 제거에 효과적인 것으로 알려졌다. 기존 불소계(Fluorine-based) 가스를 사용할 때 발생하는 부식, 잔여물 문제를 줄일 수 있어 차세대 세정 기술로 주목받고 있다.
첨단 세라믹은 글로벌 기업들의 각축전이 벌어지고 있는 또 다른 영역이다. 정 교수는 “지속 가능 트렌드를 타고 배터리, 연료전지, 촉매 소재 분야에서 첨단세라믹을 활용하려는 경쟁이 치열하다”고 말했다. 예컨대 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 세라믹계 고체 전해질로 대체하면 배터리 화재 등 안전성 이슈를 해결하면서 동시에 에너지 밀도까지 높일 수 있다. 포천비즈니스인사이트에 따르면 글로벌 첨단 세라믹 시장은 2023년 약 1023억달러에서 2032년 2503억달러 규모로 커질 것으로 예상된다. 일본 교세라, 독일 BASF와 포스코, LG화학 등이 시장 선점을 위해 상용화에 총력을 기울이고 있다.
?긴밀한 산학 협력이 성공의 관건
인공지능(AI)을 얼마나 잘 활용할 수 있느냐도 신소재 연구·산업의 핵심 테마다. 정 교수는 “연구소의 실험 포트폴리오가 크게 변하고 있다”며 “기초과학을 사람이 연구하고 AI로 결과를 예측한 뒤 실험을 진행하는 방식”이라고 설명했다.
선정윤 재료공학부 교수 또한 “흔히 AI가 모든 것을 다 대체할 수 있다고 생각하지만 그건 틀렸다”며 “기초실험을 하고 데이터를 쌓은 뒤 AI와 연결시키는 건 인간만이 할 수 있다”고 덧붙였다. 재료 분야는 학습된 데이터가 많지 않은 데다 단일공정이 통하지 않는 분야이기에 AI가 적용되기 어렵다는 것이다.
연구소 교수진은 신소재공동연구소가 향후 가장 공들일 기술 분야로 방산과 우주를 꼽았다. 원격탐사와 우주통신 등 ‘국방 우주플랫폼’의 핵심이 되는 고내구성 소재도 연구소에서 탄생할 것으로 예상된다. 정 소장은 “극한 상황에서 기능해야 하는 군용 드론과 유도 무기체계에 필수적인 경량, 고내구성 소재를 자체 기술로 개발하기 위한 연구도 이뤄지고 있다”며 “고속, 극초음속 발사체와 초경량 위성에 탑재할 난연·고내식 부품을 개발하는 것도 주요 과제”라고 설명했다.
최지희 기자 mymasaki@hankyung.com
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