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인공 광합성 연구는 요즘 ‘핫’한 주제다. 너무 많아서 고민인 이산화탄소로 고부가가치의 화학물질과 에너지를 생산할 수 있으니, 꿩 먹고 알 먹는 연구다. 인공 광합성의 핵심은 ‘식물의 광합성 회로를 인공적인 재료로 얼마나 잘 구현하는가’다. 남기태 서울대 재료공학부 교수는 지난해 수소를 대량생산하는 인공 광합성 시스템을 개발했다. 그는 인공 광합성이 우리에게 더 많은 것을 줄 수 있다고 말한다.


이윤구 안녕하세요. 재료공학부 2학년에 재학 중인 이윤구입니다.

남기태 네, 반갑습니다.

이윤구 교수님 연구실 문 앞에 큰 포스터가 붙어있던데, 어떤 포스터인가요?

남기태 얼마 전 ‘태양연료재료’에 관한 포럼을 열었어요. 태양에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 재료를 개발하자는 목표로 여러 방안을 함께 고민해보는 자리였죠. 세계적으로 관심이 많은 주제입니다.

이윤구 구체적으로 어떤 재료들이 논의됐나요?

남기태 저희 연구실은 태양에너지를 이용해 환경문제를 해결할 수 있는 재료를 소개했습니다. 갈수록 이산화탄소 배출이 많아져 생태계 파괴나 기후변화 등의 문제가 일어나고 있는데요. 광합성 원리를 이용하면 태양에너지만으로 이산화탄소를 다른 물질로 바꿀 수 있습니다. 저희 연구실은 인공 광합성 시스템을 개발하고 있어요.

이윤구 광합성에도 여러 가지 단계가 있습니다. 어떤 단계를 흉내낸 재료인가요?

남기태 광합성은 물과 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 만드는 반응입니다. 여기엔 크게 물을 산화시키는 반응과 이산화탄소를 환원시키는 반응이 있죠. 식물의 물 산화반응을 보면 다른 금속보다 전자를 훨씬 잘 뺏어오는 망간옥사이드를 이용합니다. 여기서 아이디어를 얻었습니다. 망간의 원자구조와, 산화반응을 유도하는 식물단백질의 분자구조를 합친 신소재를 개발하고 있습니다.

이윤구 그럼 인공 광합성 시스템을 통해 이산화탄소는 어떤 물질로 변하나요?

남기태 이산화탄소는 가장 산화된 형태기 때문에 에너지를 가해 환원해 주면 일산화탄소, 메탄올, 에틸렌 등 다양한 물질을 만들어낼 수 있습니다. 포름산이나 일산화탄소는 특히 부가가치가 높은 재료입니다. 아직은 이런 시스템을 구현하는 데 많은 돈이 들기 때문에 실용화까지는 시간이 좀 필요합니다. 하지만 기술이 많이 발전하면 공기중의 이산화탄소로 플라스틱(고분자 탄화수소)을 만드는 시대가 올지 모릅니다.

이윤구 이런 연구를 하시려면 생물학 지식도 많이 필요할 것 같습니다.

남기태 물론입니다. 생물학 전공자와의 협업이 필요하죠. 만화나 미국 드라마에서는 연구자를 조용한 방에서 엉뚱한 생각을 하며 혼자 실험하는 사람으로 묘사하는 경우가 많은데, 요즘은 이렇게 해서는 절대 연구에 성공할 수 없습니다. 다른 사람과의 원활한 소통도 연구자의 능력 중 하나입니다.

이윤구 협업을 통해서 학문의 넓이가 더 확장되는 것 같습니다. 재료공학부에서 가장 기본이 되는, 전통적인 연구는 어떤 게 있나요?

남기태 크게 금속, 무기재료, 고분자재료로 나눌 수 있습니다. 금속은 제철, 무기재료는 반도체와 세라믹, 고분자는 섬유나 탄소섬유 등을 다루는데요. 이 연구들로 고효율 연료전지, 배터리 등을 개발합니다. 자동차나 휴대전화, 드론 등 대부분의 산업에서 재료는 기본 중의 기본이기 때문에 선택할 수 있는 진로의 범위가 넓다는 게 우리 학부의 장점입니다.

이윤구 졸업 후에는 어떤 기업으로 진출할 수 있나요?

남기태 우리 학교의 경우에는 졸업하는 학생의 절반 정도는 대학원으로 진학해 석박사 과정을 거칩니다. 취업으로 방향을 결정한다면 철강회사, 화학회사, 정유회사, 자동차회사, 반도체회사 등에 취업할 수 있습니다. 정부출연연구기관(출연연)은 주로 박사과정을 거치고 가는 경우가 많은데 한국과학기술연구원, 한국화학연구원, 한국표준과학연구원, 재료연구소, 한국원자력연구원 등 다양한 연구소에 진출할 수 있습니다.

이윤구 재료공학부를 꿈꾸는 학생들에게 한마디 부탁 드립니다.

남기태 공학자를 꿈꾸는 모든 학생들에게 해당되는 말일 것 같은데요. 문제를 ‘만들어’ 가는 능력을 키우길 바랍니다. 우리나라의 교육 특성상 학생들이 문제를 푸는 데에만 너무 익숙해지는 경향이 있습니다. 하지만 연구는 의미 있는 문제를 만드는 것부터 시작합니다. 그래서 끊임없이 호기심을 가지는 것이 중요합니다. 사소한 일에도 관심을 갖고 스스로 해결법을 고민하다 보면 자신의 꿈도 계속 발전하는 것을 느낄 수 있을 겁니다.