서울대 화학생물공학부

국가지정연구실(National Research Laboratory Program: NRL)은 국가차원에서 전략적으로 육성해야 할 핵심기술분야의 우수연구실을 핵심연구역량을 강화할 수 있도록 지정하는 것으로 화학생물공학부에서는 아래와 같이 총 6개의 연구실이 선정된 바 있다.

2009년 “이공계 개별연구소 평가”에서 대한민국 전체 공과대학에서는 첫 번째로, 이공계연구소에서는 두 번째로 최우수 평가를 받은 본 연구소는 서울대학교 공과대학 내 화학공정기술 관련 분야의 교수들을 중심으로 하여 화학공정 및 이와 관련된 기술의 연구개발 및 보급, 화학공정 관련 고급전문기술인력의 양성, 기타 화학공정 분야 발전에 필요한 사항들에 관한 업무를 수행할 목적으로 설립되었다. 1995년 말 SK(주)가 본 연구소 건물(1200평 규모) 건축을 위한 재정 지원을 결정한 데 힘입어, 1996년 3월 화학공정신기술연구소 설립추진위원회를 발족하고 서울대학교 공과대학부속 화학공정신기술연구소 설립(안)을 공과대학에 제출하였다. 1996년 11월 22일 “화학공정신기술연구소 건립을 위한 기본 약정”이 서울대학교와 SK(주)간에 체결되었으며, 1996년 12월 4일자로 연구소 규정이 공포되었고, 12월 19일 연구소 초대 소장(이현구 교수)이 임명되었다. 2023년 현재 학부장인 이종찬 교수가 연구소장을 겸직하고 있다.

본 연구소에는 특수공정연구부, 나노공정연구부, 에너지환경연구부, 공정개발연구부, 화학소재연구부, 생명공학연구부, 10개의 센터 및 연구단을 두고 있으며, 그 동안 화학공정신기술연구소에서는 “De-NOx 촉매개발에 관한 연구” 등 분야별로 타 연구소들을 창구로 하여 수행되어 오던 화학공정 분야의 연구활동을 결집시킴으로써 연구활동의 활성화에 크게 기여하고 있다. 특히 최근 기업지속성장지원센터를 설립하여 산학협력교수 다섯 분을 모시고 적극적인 기업수요기반 과제 발굴 및 수행을 통해 학교와 기업 사이의 가교 역할과 화학공정 관련 고급전문인력 양성에 힘쓰고 있다.

나노입자 연구단은 기초과학연구원(IBS)의 외부연구단 중 하나로 나노입자의 합성에 대한 기초연구에 바탕을 두고 이를 다양한 분야로 응용하기 위해 2012년 8월 IBS의 서울대학교 나노입자연구단으로 출범하였다. 기초과학연구원(Institute for Basic Science, IBS)는 한국판 Max Planck Institute, RIKEN (理化學硏究所)을 표방하는 연구기관으로서, 2011년 1월 공포된 국제과학비즈니스벨트 조성 및 지원에 관한 특별법에 의해 설립되었으며 대전에 본원을 두고 있다. 현재 전국에 수학∙물리∙화학∙생명과학∙융합 등 분야 총 31개의 연구단이 있는데 그 중 서울대학교에 3개 연구단이 있다.

10억분의 1m 수준의 크기를 가지는 나노입자는 보통의 벌크(bulk) 물질과 다른 독특한 성질을 나타내기 때문에, 나노입자를 다루는 나노기술은 전 세계적으로 미래의 핵심기술로 많은 관심을 받고 있다. 나노입자는 벌크 상태나 원자/분자와 다른 독특한 전기적, 광학적, 자기적, 화학적 성질들을 나타내는데, 이 성질들은 나노입자의 크기 및 모양, 구조 등의 요인으로 결정이 된다. 또한 이런 독특한 성질들을 이용하여 이 나노입자들은 생명과학 및 의학 분야, 에너지 분야, 정보기술 분야 등 수많은 분야에 응용될 가능성을 가지고 있다. 그래서 균일한 나노입자 합성 공정의 개발 및 대량생산 공정으로의 확장 기술의 확보가 무엇보다도 필요하다고 할 수 있다.

본 연구단에서는 화학적 방법을 이용하여 나노입자를 합성하고 나노입자의 화학적, 물리적 특성을 규명하는 동시에 나노입자의 형성 기작을 탐구함으로써 근본적인 나노입자의 형성 원리와 성질을 밝히는 연구에 매진하고 있다. 특히, 크기와 모양, 조성의 조절이 가능한 균일한 나노입자의 새로운 합성방법 개발, 매우 얇은 2차원 나노결정의 합성과 도핑된 나노입자의 합성, 이종구조 나노입자의 합성 등과 같이 나노입자 합성 분야에서도 중요하고 도전적인 주제들을 연구 중에 있다. 또한 합성된 나노입자들을 배열하고 표면성질을 개질하는 연구를 진행하여 다기능성 나노구조물을 제조하고, 이를 질병 진단과 치료 등의 의료 분야와 전기화학 소재나 촉매 등 에너지 분야에 응용하고자 한다.

본 센터는 국내 소재/부품 산업의 기반이 되는 고분자 가공기술분야를 육성하고 발전시키는 동시에 관련 산업체를 지원하기 위하여 설립되었다. 가공 기술은 단지 장비를 운전하는 것이 아닌, 공정의 이면에 숨어있는 작동 원리를 이해하고 이를 합리적으로 구현하는 것으로, 정확한 공정 기술의 습득은 최적의 소재 설계 및 공정 조건 도출 → 불량률 감소/제품 경쟁력 향상 → 생산성 증가 라는 일련의 과정을 통하여 기업의 이익에 직접적으로 기여할 수 있다. 그러나 국내 학계/산업계의 현실은 가공/공정기술 분야에 대한 인식 부족, 전문 인력의 급격한 감소, 첨단 장비 및 부품의 높은 수입 의존, 산학 협력 노력의 부족 등으로 기술경쟁력이 충분히 확보되지 못하고 있는 실정이다.

본 센터는 이러한 현실을 타파하고 한국의 가공 기술 수준을 제고하려는 소명 의식을 가지고 구축하였다. 본 센터에는 전국 30여 명의 가공/공정 분야의 교수진이 참여하고 있으며, 20여개의 기업과 울산 테크노파크가 함께 참여하여 우수한 인적 자원, 최첨단 장비 등의 인프라를 갖추고 있을 뿐 아니라, 정부 출연 연구소, 해외 유명 연구소 등과도 우호적인 협력 관계가 구축되어 있어 다양한 채널을 통해 기술적인 지원/자문이 가능하다. 본 센터는 또한 학교-기업-연구소 간의 소통의 벽을 허물고 전문지식의 공유, 전문인력의 공유, 기술의 융합이라는 기치 아래 창조적이고 우호적으로 기술개발에 몰두하며 각종 교육 프로그램을 통한 인력양성, 신기술 동향 보급, 기술지원 확산 등에 매진하고 있다.“ 고분자 나노 융합소재 가공기술센터”는 향후 우리 나라의 소재/가공기술 경쟁력의 핵심적인 거점으로, 창조적으로 기술을 생산하며 관련 기술을 아낌없이 지원하는 모범적인 센터로 자리매김 할 것이다.

코팅 기반 화학공정 연구센터는 연구재단의 선도연구센터의 하나로입자계 코팅 소재 및 공정 기술 개발을 통한 국내 코팅 산업의 경쟁력 제고를 목표로 설립되었다. 서울대 교수님 네 분 (안경현, 이종찬, 남재욱, 이규태)을 주축으로 하여 총 9개 대학에서 12명의 교수진이 핵심연구원으로 참여하고 있으며, 입자계 코팅 관련 특히 최근 산업적으로 각광을 받고 있는 이차전지 전극 제조의 원천 기술 개발을 목표로 유기적인 집단 연구를 수행하고 있다.

이 센터에서는 세부적으로, 입자계 용액의 미세구조를 제어하기 위한 기반 기술 개발, 유/무기 코팅 소재 및 제조기술 개발, 기능성 코팅 층을 제작할 수 있는 차세대 공정 및 응용 기술 개발 등의 연구를 수행하고 있는데, 생산된 공학적 기초지식을 기반으로 하여 입자계 코팅 소재 및 공정 관련한 원천 기술을 개발하고, 이차전지와 디스플레이 소재와 같은 국내 산업의 중추적 역할을 담당하는 전자부품소재를 생산하기 위한 다양한 코팅기술개발 플랫폼 구축을 통한 다양한 산업 혁신에 기여하고자 한다. 특히 소재의 제조 (이종찬, 이규태)와 이를 가공하기 위한 다양한 공정기술 (안경현, 남재욱)의 시너지는 물론 다양한 산학협력 활동을 통해 국내 코팅 기술의 질적 향상에 기여를 하고 있다.

본 센터 활동에는 국내 최대의 화학 기업인 LG화학의 적극적인 참여로, 사업 과정에서 발생되는 다양한 코팅 관련한 기술적 수요를 대상으로 산학협력과제를 수행하고 있다. 본 센터는 학문적인 연구와 산업의 화학공학에서 가장 중요시하는 양산 공정 연구를 연결 하는 의미 있는 시도를 통해 미래의 화학/소재/전자 산업을 이끌어갈 다양한 기술 전문가를 양성함으로써 국내 코팅 산업의 연구 역량 제고에 기여할 것이다.

우리나라 플랜트산업은 다수의 프로젝트 수주 경험에도 불구하고 산업 가치사슬 상류에 위치하는 기획•설계 역량 부족으로 부가가치의 상당 부분을 해외에 의존하고 있는 실정이다. 기획•설계 역량은 궁극적으로 프로젝트를 통한 경험과 노하우 축적이 필수적이지만, 우리나라 공학교육은 경험지식을 갖춘 교수진과 교과목 부족, 논문 중심의 교육으로 한계를 보이고 있어왔다. 본 센터는 이러한 문제를 해결하기 위해 2014년부터 산업통상자원부 후원으로 서울대학교 설치되었고, “세계 5대 엔지니어링 전문 센터”의 비전 하에 기획, 설계 등 엔지니어링 분야의 고급 인재양성을 목표로 ▲경험지식을 갖춘 고급 인재 양성 ▲기업의 기술 경쟁력 제고 ▲엔지니어링 산학 협력 허브 구축의 3대 사업을 수행해왔다.

EDRC는 2019년부터 인공지능, 빅데이터, loT 등 4차 산업혁명 관련 기술을 화학공정설계 및 운전에 접목 가능한 전문인력 양성을 위해 <스마트 디지털 엔지니어링 인력양성 사업>을 진행 중에 있으며 서울대, KAIST, 명지대, 영남대, 인하대, 한양대의 6개 대학과 국내 유수 엔지니어링, 정유, 석유화학, 제조 분야의 30여개 업체가 참여하고 있다. 특히, MIT, Stanford, U, Penn, AspenTech, CII-Contruct X, Fluor 등 해외선진기관과 협업하여 화학공정설계 및 운전에 관한 최신 기술에 대한 교육을 적극 시행하고 있다. 본 사업에서는 향후 5년간 400여명의 석사, 박사 인력을 양성할 예정이며 우리 학부에서는 이종민, 이윤우, 김도희, 이원보, 남재욱 교수가 참여하고 있고 우리 학부 70명의 대학원생이 본 프로그램에서 양성될 예정이다.

소재설계에서 상용화까지의 소재공정 전주기 과정에서 공정기술개발이 대부분의 개발 기간을 차지하지만 상용화를 앞당기는 소재가공 공정기술에 대한 국내 연구개발이 선진국에 비해 턱없이 부족하며, 특히 에너지·환경소재의 경우 기존의 연구가 지나치게 신소재 개발에 국한되어 있으며 기업 주도 양산화 공정 최적화 연구와 큰 간격이 존재합니다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 집적계산과학, 인공지능, 실험설계법 등이 조합된 정밀 전산모사분석을 기반으로 하여 전공정 (용액제조-코팅공정-고형화공정) 통합 최적화 기반 설계 체계를 확보하고 핵심실증소재 선정 및 테스트베드 탑재를 통해 양극화된 에너지 환경 소재 연구의 간극을 메워주며 소재 상용화를 가속시키는 것을 목적으로 에너지·환경 소재 공정조합설계연구단 (EPiC)이 설립되었습니다. 본 연구단은 서울대학교 3분의 교수님 (남재욱, 이종민, 이원보)을 주 축으로 하여 4개 대학, 1개 출연연(화학연구원)이 핵심 연구원으로 참여하고 있으며 매년 2개의 핵심실증소재 과제를 발굴, 서비스체계를 구축하여 상호 유기적인 연계를 통하여 에너지·환경소재 공정 기술개발의 중추적인 역할을 수행 하고자 합니다.

본 연구단에서 개발된 공정조합설계 기술은 에너지‧환경 관련 기업과 연구소에 기존 및 새로 개발되는 소재 가공 공정의 스케일 업 관련 최적화 솔루션을 제공하여 상용화를 가속화 하고, 공정조합설계를 통한 스케일 업 기 술 확보를 통해 다른 코팅 산업 전반의 경쟁력 제고에 기여할 것 입니다. 또한, 구축된 소재 공정조합설계 서비스 체계는 소재의 조성, 세부 공정, 미세조직, 물성 등을 소재 가공 전반 핵심 데이터의 수집, 전산모사 기반 분석 및 빅 데이터 기반 분석과 관련된 토털 솔루션을 체계적으로 제공할 수 있어 다양한 코팅 기반 신소재 개발과 상용 화 기술의 간극을 줄여줄 뿐 아니라 역으로 소재 개발 및 소재 양산 최적화에 이용될 수 있습니다. 특히, 대일 무역 불균형 해소를 위한 소재·부품·장비 관련 전 영역에 이용될 것으로 기대됩니다.