스크랩 플라즈마 활성 물(입자)의 고속회전 나노박막 분사를 이용한 상시 방역시스템 개발

[주남식]

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가. 사업명 : 산연협력(예비연구)
나. 관련공고명 : 2020년도 산연 Collabo R&D사업(예비연구) 시행계획 공고
다. 주관기업 : (주)엔오엔그리드
라. 전문기관 : 중소기업기술정보진흥원
마. 과제번호 : S2902143
바. 신청과제명 : 플라즈마 활성 물(입자)의 고속회전 나노박막 분사를 이용한 상시 방역시스템 개발
사. 평가결과 : 추천대상
아. 평가점수 : 66.67

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플라즈마 기술 해결사 '홍용철'
출처 : FUSIO.. | 블로그
 - http://naver.me/xmN11sWz

 

 

 

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플라즈마 기술 해결사 '홍용철'
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‘제2회 지식재산의 날 과기정통부장관 표창’ 수상

반도체 소재, 수처리, 악취저감 등 플라즈마 파생 산업에 날개 달다

“대기압 플라즈마 기술을 산업에 접목하려면 국가핵융합연구소의 홍 박사를 찾아라.”

플라즈마 기술로 회사의 돌파구를 모색하는 기업인들이 많이 듣는 말이라고 합니다. 국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터 책임연구원 홍용철 박사는 플라즈마 기술을 이용해 저급탄 플라즈마발전소, 축산농가 악취저감, 녹조제거 및 수처리, 쓰레기 소각, 태양전지 등 플라즈마 파생 산업에 날개를 달았습니다. 플라즈마를 향한 홍 박사의 믿음은 최근 반도체 소재 국산화 주인공인 이트륨옥사이드 개발에도 결정적 기여를 했습니다. 산업체 관계자들이 그를 찾는 이유입니다.

잦은 산업체의 문의에 싫은 내색은커녕 플라즈마의 새로운 가능성을 볼 수 있어 설렌다고 합니다. 플라즈마 기술 개발자로서 플라즈마를 활용한 130여 건의 국내외 특허를 출원, 등록하며 기술사업화와 지식재산권을 창출하고, 학자로서 SCI급 논문을 120여 편 넘게 게재한 비결이기도 합니다.

대학원 시절부터 20년간 플라즈마와 동고동락한 홍 박사가 최근 제2회 지식재산의 날 과학기술정보통신부장관 표창을 받았습니다. 오곡이 익어가는 결실의 계절, 플라즈마 파생 연구의 결실을 맺고 있는 홍용철 박사를 만났습니다.

제2회 지식재산의 날 과학기술정보통신부장관 표창의 주인공 홍용철 박사

IMF 암흑시대, 모든 가능성 갖고 나타난 플라즈마

“플라즈마의 본질은 융합입니다.”

플라즈마가 다양한 산업에 쓰일 수 있는 이유를 묻는 질문에 대한 홍용철 박사의 우문현답입니다. 플라즈마가 활용 가능한 분야는 반도체, 자동차, 농식품, 쓰레기 처리, 물처리, 의학, 광학 등 다양합니다. 어떤 산업과도 접목 가능한 만능 기술이죠. 바로 고체, 액체, 기체도 아닌 ‘제4의 물질 상태’가 갖는 특성 덕분인데요. 다른 물질의 성질을 바꾸는 특성을 비롯해 물리적 에너지인 전자기장으로 운동성, 방향, 속도 조절이 가능해 산업적 활용도가 큽니다.

홍 박사는 자신을 IMF 직격탄을 받은 92학번이라고 소개했습니다. 대학 졸업을 앞두고 고용시장은 얼어붙었죠. 그때 운명처럼 플라즈마가 다가왔습니다.

“당시만 해도 플라즈마라는 단어 자체가 낯설었어요. 지금까지 전혀 접해보진 못한 단어가 주는 생소한 매력에 빠진 것 같아요. 에너지, 환경, 생명 등 모든 학문과 창의적이고 융합적인 연구가 가능하다는 교수님의 설명에 귀가 번쩍 뜨였으니까요.”

홍 박사는 호기심 많고 만들기 좋아했던 천성을 타고났는데요. 플라즈마를 탐구하기 위해 대학원 진학을 결정했습니다. 하지만 플라즈마는 호락호락한 상대는 아니었습니다. 화학을 전공한 그가 플라즈마 세계를 이해하려면 물리는 물론 전기에 대한 배경지식도 필요했고요. 더군다나 지금처럼 플라즈마 산업이 발달한 시기도 아니어서 실험에 필요한 각종 연구장치를 직접 설계하고 만들어 사용해야 했습니다.

그는 대학원 재학 시 태양표면 온도 수준의 플라즈마를 생성하는 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 국내 최초로 개발하였습니다. 이 역시 기본 작동원리가 비슷한 가정용 전자레인지를 뜯어서 회로를 바꾸고 철판에 구멍을 내고 석영관을 끼워 실험한 끝에 이뤄낸 값진 결실입니다.

“지금의 연구 스타일은 지도교수님의 영향도 컸는데요. 세부 전공은 수 천도가 넘는 고온으로 물질을 연소하는 장치인 ‘플라즈마 토치’였지만 교수님은 그 당시부터 대기오염처리, 재료, 수질 등 다양한 응용 기술을 다룰 정도로 열정 넘치는 분이셨거든요.”

그 시절 그가 남들보다 몇 곱절 더 많은 열정과 노력을 쏟았음을 말하지 않아도 알 수 있습니다. 박사후연구원 두 해 동안 무려 38편의 논문을 작성할 만큼 플라즈마에 빠져있었으니까요. 그리고 2009년 1월 국가핵융합연구소의 일원이 됐습니다. 학교와 핵융합연은 다양한 과제를 통해 협동연구를 진행해 오면서 연구소는 홍 박사가 플라즈마 분야의 인재임을, 홍 박사는 연구소야말로 자신의 역량을 펼칠 수 있는 곳임을 알아보았던 것이죠!

플라즈마 첨단연구의 산실 국가핵융합연구소 플라즈마기술연구센터

다작하는 연구자의 기존 조건 _ 다독(多讀), 다작(多作), 다상량(多相量), 다견(多見)

보통 하나의 연구테마에 정진하고 성과를 낸 과학자들에게 한 우물을 판다고 이야기하는데요. 홍 박사도 한 우물을 팝니다. 차이라면 다른 연구자들보다 넓게 팠다는 점인데요. 플라즈마라는 테두리 안에서 환경, 에너지, 재료, 반도체, 디스플레이 등 다양한 기술과 융합해 플라즈마의 진가를 높였습니다.

홍 박사는 지난 10여 년 동료들조차 놀랄 만큼 다양한 파생 연구를 진행해 왔습니다. 단순히 많은 연구를 진행했을 뿐만 아니라 연구결과들이 대부분 기술이전으로 이어진 점은 더 경이롭습니다. 다독(多讀), 다작(多作), 다상량(多相量). 글쓰기에 요구되는 만고불변의 진리입니다. 홍 박사도 다르지 않습니다. 플라즈마 응용 가능성이 있는 다양한 산업분야의 이슈를 놓치지 않습니다. 그리고 하나를 더 추가한다면, 산업현장에 직접 확인하는 것입니다. 기업인이 설명하는 백 마디 말보다 직접 찾은 현장은 더 많은 정보와 단서가 숨어있기 마련입니다.

“아이큐가 좋거나 스마트한 사람은 아니에요.” 많은 성과를 도출해온 비결을 묻자 그는 비결이 없다고 말합니다. 그럴 리가 있냐고 답을 채근하자 곰곰이 생각하다 ‘지구력’을 꼽습니다.

“굳이 장점이라면 지구력이 좋은 편 같아요. 연구를 시작해보고 안 되면 손을 떼는 사람들이 많아요. 하지만 전 한 번 시작하면 중간 결과에 휘둘리지 않고 성과가 나올 때까지 다른 조건, 다른 재료를 사용하며 끝을 본 거 같아요. 늦더라도 언젠가는 결과가 나오더라고요.”

한번 붙잡은 문제는 해결책을 찾을 때까지 파고드는 끈기가 현재의 홍 박사를 만들었다는 설명입니다. ‘케이맥(K-MEG)’이라 불렸던 한국형 통합에너지솔루션개발 사업도 끈기로 결실을 본 사례인데요. ‘수증기 플라스마 토치'를 석탄가스화발전에 적용하면 반응성을 10배 이상 증가시켜 고급탄 가격의 10분의 1에 불과한 저급석탄까지 가스화 시킬 수 있다는 기대를 모았죠. 연구기획 단계에서 에너지 효율이 70%에 달할 것으로 예상됐지만, 본격적인 과제가 진행되자 효율이 20% 안팎 수준에 불과했습니다. 연구소 안팎으로 실패한 연구라는 자조도 많았는데요. 홍 박사는 연구팀과 함께 원인 분석에 골몰했고, 나중에야 무연탄에서는 개선 효과가 없음을 알게 돼 갈탄으로 원료를 바꿨습니다. 그 결과 효율은 애초 목표치를 훌쩍 뛰어넘었고, 개발된 기술은 국내 특허는 물론 칠레, 중국, 인도네시아 등 저급탄을 사용하는 국가에도 특허로 등록이 되었습니다.

                                                                     

오염토양 복원 연구를 진행중인 홍 박사.

이심전심 기업인 마음 더 잘 이해하게 된 창업 경험

“연구자로서 개발자로서 대학원 시절부터 내가 만든 학문, 내가 만든 기술로 시장에 필요한 제품을 상용화하고 싶은 마음이 늘 있었어요.”

지금으로부터 4년 전인 2015년 10월 홍 박사는 연구실을 나와 외도 아닌 외도를 했습니다. 창조경제의 바람을 타고 연구소 창업 붐이 일던 시기였습니다. 동료들과 의기투합해 ‘전자파 플라즈마 토치’와 ‘수중모세관 플라즈마 발생기술’을 바탕으로 연구원 창업기업 ㈜엔팩을 설립했습니다. 하지만 이내 R&D와 경영은 서로 다른 영역임을 깨달았습니다. 그리고 2019년 1월 다시 연구현장으로 복귀했습니다.

하지만 창업은 연구실에서 얻을 수 없는 많은 경험과 지혜를 선물했습니다. 기초원천기술이 확보되더라도 상용화까지는 많은 단계가 필요함을 알았습니다. 또 중소기업의 어려움을 몸소 체득한 만큼 기업인들의 가려운 곳을 누구보다 잘 알게 됐다는 설명입니다.

☞ <플라즈마 응용 기술, 연구원 창업으로 날개를 얻다!>

홍 박사는 최근 국내 기업과 함께 플라즈마 기술을 적용해 반도체 공정에 활용되는 용사코팅 소재를 개발하면서 반도체 소재기술 국산화라는 의미 있는 성과를 도출했습니다. 전량 일본 수입에 의존하던 소재였기 때문에, 국산화 성공은 더욱 큰 주목을 받았는데요. 이 역시 중소기업의 고민을 내 일처럼 생각했기에 이뤄낸 결실입니다.

작은 입자를 제품 표면에 뿌리는 방식의 용사 코팅은 성능이 우수해 다양한 산업분야에서 활용되는데요. 용사 분말의 입자가 곱고 유동성이 좋을수록 더욱 치밀하고 균일한 코딩이 가능합니다. 하지만 입자의 크기가 작을수록 유동성이 낮아져 분사 시 뭉치거나 엉기는 문제가 발생합니다. 2016년, ㈜세원하드페이싱은 이 같은 문제해결을 위해 홍 박사를 찾았습니다.

홍 박사는 기초실험을 통해 문제의 해결 가능성을 확인하자 1년간 천세민 연구원과 해결책을 찾아 나섰는데요. 물리적으로 가루를 뭉치지 않게 하는 유리화 방법과 입자 하나하나 극을 달리해 서로 밀게 하는 화학적 방법을 결합했습니다. 이 두 특성을 이용하면 전기·전자, 반도체, 자동차, 발전, 일반산업 등 다양한 분야에서 기존 고품질 용사 코딩이 가능해질 전망입니다.

플라즈마 기술이 적용된 이트륨옥사이드(왼쪽)와 일반 이트륨옥사이드(오른쪽).

“그 어떤 상보다 뜻깊은 지식재산의 날 표창”

“많은 플라즈마 응용분야를 탐구했지만, 아직 모르는 분야가 더 있을 것이란 기대감이 저를 움직이게 합니다. 제 스스로가 미지의 플라즈마 세계를 탐험하는 탐험가 같아요.”

홍 박사는 매주 이틀은 기업 현장을 찾아 전국을 누빕니다. 인터뷰가 진행된 날도 최근 테크비즈 행사에서 만난 4개의 기업과 상세 인터뷰가 예정돼 있었습니다. 그는 기업인들을 통해 얻는 산업현장의 노하우가 플라즈마 개발의 큰 자산이라고 설명합니다.

그의 연구에 대한 열정과 산업발전에 대한 애정은 지식재산의 날 주인공이 되기에 모자람이 없습니다. 하지만 홍 박사는 그 공을 연구실 동료들과 기업에 돌렸습니다. 그래도 다른 어떤 상을 받았을 때보다 보람과 긍지를 느꼈다는 것이 홍 박사의 수상 소감입니다.

플라즈마의 물리 화학적, 전기적, 광학적 특성의 이해 기반 위에서 플라즈마 학문과 기술은 다른 분야의 학문과 융합되었을 때 가장 큰 시너지를 만들 수 있는데요. 홍 박사는 최근 플라즈마로 전기를 만드는 엔진의 효율 향상에 관심을 갖고 있습니다. 그의 설명에 따르면 플라즈마는 다양한 산업분야의 해결사를 자처하지만 아직까지 생산비가 높은 편입니다. 많은 기업들이 청정에너지, 환경개선 등 플라즈마의 성능을 알면서도 쓰지 못하는 이유이기도 합니다. 예를 들어 기존 방식으로 쓰레기 1㎏을 소각하는데 필요한 비용이 1만 원이고, 플라즈마 기술을 적용한 방법이 10만 원이라면 아무리 효율이 좋고 친환경적 방법이라고 해도 기업인들이 채택하기 어렵습니다. 때문에 홍 박사는 전기를 만드는 엔진의 효율을 높여 플라즈마를 돈 걱정 없이 자유롭게 사용할 수 있는 환경을 만들고 싶다는 꿈입니다.

“플라즈마가 없었다면 지금의 저도 없었을 정도로 긴 시간이 흘렀어요. 학문적 기술적으로 더 발전된 것을 만들어 보고 싶습니다.” 홍 박사의 환한 미소에 담긴 포부에서 진심이 느껴집니다. 일당백 플라즈마가 우리 사회와 생활 곳곳에서 보다 활발히 사용될 미래를 기대해봅니다.

'제2회 지식재산의 날' 기념식에서

[출처] 플라즈마 기술 해결사 '홍용철'|작성자 국가핵융합연구소

[오리시스 파렴치 판 검사 잡는다]

저 기술이 제 2의 태양을 만든다는 기술인가
성공할지 아닐 수도 있는 기술이라고 아는데 ...