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생명연, 플라스틱 분해효소 발현을 통한 페트병 분해 식물성 플랑크톤 개발

취재부 2020-06-17

UNIST-경상북도-한국해양과학기술원, 울릉도‧독도 해수자원화 업무협약

- 해수자원화 연구개발, 환동해권 해양 신산업 창출 위한 기관 간 상호협력 추진 계획UNIST의 해수전지 기술이 울릉도와 독도의 해양환경 연구에 활용될 길이 열렸다.UNIST 해수자원화기술연구센터(센터장 김영식)은 지난 5월 22일 울릉도에서 경상북도, 한국해양과학기술원(KIOST) 울릉도독도해양연구기지와 업무협약을 체결했다. 이번 업무협약은 울릉도‧독도의 해수자원화 연구개발 및 활용 활성화를 위해 추진됐다.세 기관은 앞으로 울릉도‧독도 해수자원화 및 활용 활성화를 통해 환동해권 해양 신산업 창출에 협력해나가기로 했다. 이를 위해 연구 장비 및 시설 공동활용, 인적‧정보‧학술 교류 등 활발한 상호협력이 이뤄질 예정이다.해수 전지 부이에 불이 들어온 모습; 해수 전지가 장착된 부이는 태양전지를 통해 충전돼, 전력을 활용할 수 있다.협력은 UNIST의 해수 전지 기술을 중심으로 이뤄진다. 해수 전지는 해수자원화기술연구센터가 정부와 울산시의 도움을 받아 개발한 원천기술로, 바닷물 속 나트륨 이온을 이용해 전기를 충·방전하는 장치다. 바닷물을 이용하는 만큼 해양환경에서의 적용방안이 무궁무진하며, 현재 해양특화 전지, 에너지 독립형 어망용 GPS 부이, 해수 담수화 장치 등의 개발이 이뤄지고 있다.울릉도와 독도 지역은 국내에서 맑은 날이 가장 적은 지역 중 하나이며, 특히 겨울철 일조량이 적다. 그 때문에 태양전지로 구동되는 해양 기상관측 부이의 경우, 겨울철 운영에 어려움을 겪고 있다. 이들 해상관측 부이에 해수 전지기술이 적용되면, 태양전지로부터 충전된 전력을 저장‧활용할 수 있어 해상관측 부이의 안정적 운영이 가능할 것으로 기대된다.연구진은 이에 더해 표층 해류관측을 위한 GPS 부이 활용, 외해 수중 가두리 양식장의 실시간 해양환경 측정, 실시간 울릉도‧독도 수중 경관 모니터링 등 다양한 분야에 더 폭넓은 적용도 가능할 것으로 보고 있다.협약식 참석자들이 기념사진을 촬영했다.김영식 에너지 및 화학공학부 교수는 “이번 협약은 해수 전지를 적용한 스마트 부이의 연구개발 및 현장 실증에 큰 힘이 될 것”이라며, “다양한 해양환경 연구에 해수 전지가 도움이 될 수 있길 바란다”고 전했다.김남일 경상북도 환동해지역본부장은 “울릉도‧독도 해역의 해수자원화 연구 활성화 및 현장 적용을 통해 과학으로 독도를 지키는 것은 물론, 환동해권 해양 신산업 창출에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.한편 울릉도독도해양연구기지는 경상북도와 울릉군이 독도 해양영토주권 수호 및 울릉권역 해양자원 개발연구거점 확보를 위해 2013년 울릉도에 설치한 연구소다. 2014년부터 KIOST가 위탁운영을 맡아 울릉도‧독도 해역의 실시간 해양관측 부이, 표층 가두리 양식시설 등을 운영하고 있으며, 2021년 취항을 목표로 다목적 독도(울릉도) 소형 전용 조사선 건조를 추진 중이다.

편집부 2020-06-17

발포 소재를 이용한 전기자동차 부품 개발 동향

자료제공: 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서

편집부 2020-06-08

우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 23

자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)

편집부 2020-06-08

스마트공장(Smart Factory)을 위한 사출성형 모니터링 및 최적화기술3

II. 모니터링 시스템의 활용에 필요한 기본지식2. 플라스틱 재료 (Plastic Material)사출성형에 사용하는 플라스틱(Plastics) 재료는 고분자(Polymer)와 첨가제(Additives)의 혼합이다. Polymer는 그리스어로, ‘Poly’는 ‘많음’을, ‘Meros(mer)’는 ‘부분’을 뜻하며, 증류탑에서 생성된 단량체(Monomer)를 중합공정을 거쳐 고분자(Polymer)로 만든다.• 플라스틱은 고분자(Polymer)와 첨가제(Additives)의 혼합이다.• 플라스틱은 가공(Processing) 중에 사슬분해(Chain Degradation)가 일어날 수 있다.고분자(Polymer)는 동일한 탄소 뼈대를 가질 수 있지만, 결합형태나 결합된 원소에 따라 상당히 다른 특성을 가질 수 있다. 아울러 산소(O), 질소(N), 염소(Cl), 브롬(Br), 그리고 불소(F)가 포함된 고분자는 건조에 조심해야 한다. 고분자는 단량체가 결합하여 만드는 사슬(Chain)의 길이(Length)에 따라서 분자량(Molecular Weight)이 결정되며, 분자량이 높을수록 유동에 저항하는 정도가 높아지고, 물성이 좋아진다. 이러한 유동에 저항하는 정도를 점도(Viscosity)라고 하며, 산업현장에서는 MFI 또는 MFR을 이용하여 유동성이 높고 낮음을 구분하기도 한다. * MFI(Melt Flow Index)는 10분 동안 흘러내린 재료의 중량을 이야기함.2.1 플라스틱(Plastics)의 분류고분자는 재연화(Re-softened) 될 수 있는 유무에 따라서 열가소성(Thermoplastic)과 열경화성(Thermoset)수지로 분류할 수 있으며, 다음 분류표(그림 39)와 같이 사용하는 용도 또는 목적에 따라 분류하기도 한다.열가소성(Thermoplastics)은 반결정성(Semi-crystalline)과 비결정성(Amorphous) 수지로 분류되기도 하며, 산업현장에서 사용되는 반결정성(Semi-crystalline)과 비결정성(Amorphous) 수지의 종류는 다음과 같다.2.2 반결정성(Semi-crystalline)과 비결정성(Armophous) 수지의 특성 비교 2.2.1 용융과정(Melting Process)비결정성(Amorphous)과 반결정성(Semi-crystalline) 수지는 내부에 단단한 결정구조의 유무와 이에 따른 녹는 메커니즘의 차이로 구분되기도 한다. 비결정성 수지는 버터와 같이 녹는 점(Melting Point)을 정할 수 없는 매우 넓은 온도 범위에서 서서히 녹으며, 반결정성 수지는 녹는 점(Tm)에서 갑작스러운 상변화를 일으킨다.Tg는 유리 전이온도(Glass Transition Temperature)이며, 가열 중에 이 온도를 지나면 폴리머(Polymer)가 급격하게 고체(Solid)상태에서 고무(Rubbery) 상태로 변화한다.Tm은 녹는 온도(Melting Temperature)로써, 가열 중에 이 온도를 지나면 반결정성 폴리머(Polymer)만 급격하게 고무(Rubbery) 상태에서 결정이 없는 상태로 변화한다. 이때 투명하게 변화하고 유동성이 급격히 향상된다.2.2.2 냉각/수축 과정(Cooling/Shrinkage Process)비결정성(Amorphous)과 반결정성(Semi-crystalline) 수지는 냉각과정에서 결정 형성 유무에 의하여, 수축률의 차이를 보이며, [그림 41] 우측의 그림(P-V-T 선도)에서 보는 바와 같이 반결정성 수지는 비결정성에 비하여 큰 체적수축(△V)을 발생시킨다. P-V-T 선도에서의 기울기는 냉각속도에 의하여 결정됨으로, 비결정성 및 반결정성 수지에 있어서 냉각속도에 영향을 주는 인자(냉각 회로설계, 냉각수 유속, 냉각수 온도, 수지 온도)들을 제어하는 것이 중요하다.• 반결정성(Semi-crystalline) 수지의 경우, 냉각속도는 훨씬 더 중요한 인자이며, 초기 설계 단계에서부터 세심한 주의가 필요하다.(*결정화도는 냉각속도에 반비례한다.) • 부품의 치수(Dimension)는 반결정성(Semi-crystalline) 수지인 경우에 냉각속도의 영향이 크다.• 부품의 치수(Dimension)는 비결정성(Amorphous) 수지인 경우에 냉각속도에 영향을 받지만, 압력의 변화에 더욱 민감하다.2.3 플라스틱에 사용되는 첨가제(Additives)아래는 일반적으로 플라스틱에 사용되는 첨가제를 사용 목적에 따라 분류한 것이다.• 플라스틱은 중합체(Polymer)와 첨가제(Additives)의 혼합이다.• 첨가제는 재료의 변동성(Variability)을 증가시킨다.• 재료의 변동성(Variability)은 점도(Viscosity)의 변화와 함께 나타난다.2.4 플라스틱의 점도(Viscosity)유체의 흐름에서 저항의 크기를 나타내는 양을 점도(Viscosity)라고 한다. 즉 끈적거림의 정도를 표시하는 것으로서 유체가 유동하고 있을 때, 인접하는 유체 층간에 작용하는 단위 넓이 당의 전단력(shear Stress)은 그 위치의 속도 구배(Gradient)에 비례하며, 이 비례 정수를 점도(Viscosity)라고 한다.점도가 일정하지 않고 위의 [그림 42]에서와같이 전단율(Shear-Rate)이 변화할 때에 점도도 변화하는 유체를 비뉴턴 유동(Non-Newtonian Flow)이라 말한다. 이는 사출 공정 중에 점도가 유로(Flow Path)와 관계된 사출기와 금형의 기하학적 구조에 따라 변화된다는 것을 의미한다.사출기나 유압 센서에서 충진(Filling) 공정의 압력 곡선의 아래 면적(Area)은 재료의 점도와 밀접한 관계가 있으며, 이를 유효 점도(Effective Viscosity)라고 한다. 이를 모니터링(Monitoring)하여 실시간으로 재료의 변화를 감시하고 생산관리를 수행하는 데에 사용 가능하다.• 플라스틱은 비뉴턴 유동(Non-Newtonian Flow)을 한다.• 점도(Viscosity)의 변화가 사출성형 공정에서 발생하는 문제점들의 근원(Root)이다.• 공정의 변동성(Variability)은 점도(Viscosity)의 변화와 직접적으로 관계한다.2.5 플라스틱의 압축성(Compressibility)플라스틱은 유체상태에서 압력이 증가함에 따라 체적(Volume)이 감소하며, 이를 압축성(Compressibility)이라고 한다.• 비결정성(Amorphous) 수지의 경우, 100bar당 최대 1/2%• 반결정성(Semi-crystalline) 수지의 경우, 100bar당 최대 3/4%• 결정성(Crystalline) 수지의 경우, 100bar당 최대 1%이것은 전체 치수가 재료 특성에 따라서 100bar당 1/2%에서 1%까지 변화할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 아래와 같이 치수에 영향을 미치는 다른 요인이 있으므로 유의하여야 한다. • 수지 배향성(유동과 유동 직각 방향의 서로 다른 수축률)• 결정성(Crystalline) 수지의 결정화도(Crystallinity)• 유리섬유와 같은 긴 충진물(Filler)• 금형 캐비티(Cavity) 내의 압력을 제어하는 것이 성형품의 치수 변화와 변형을 최소화하는 열쇠이다.2.6 결정성(Crystalline) 수지의 결정화도(Crystallinity)결정성 또는 반결정성 수지의 결정화도(Degree of Crystallinity)는 냉각속도에 크게 영향을 받는다. 그러므로 성형조건이나 금형 냉각조건에 대한 최적화와 관리가 절대적으로 필요하다.냉각속도가 빠르면, 결정화도가 적어지며, 반대로 냉각속도가 느리면 결정화도가 커지게 된다. 다음은 결정화도에 다른 물성의 변화를 보여준다. (표 4)2.7 플라스틱의 분해(Degradation)2.7.1 고분자 사슬 분해(Polymer Chain Degradation)고분자 사슬은 강하지만, 부적절한 성형(processing)에 의해서 고분자의 사슬(Chain)이 끊어질 수 있다. 이는 성형품의 성능 저하로 이어지고, 점도(Viscosity)가 낮아져 흐름성(flowability)이 좋아지게 된다. 부적절한 성형에는 다음과 같은 경우가 있다.• 과도한 열(Heat)• 건조나 용융과정 중 고온 상태에서의 과도한 체류 시간(Time)• 계량이나 사출 중에 받는 과도한 전단력(Shear Force)• 화학물질(예: 물)에 의한 사슬 분해(끊김)• 흡습성(Hygroscopic) 수지의 경우에 적절한 건조는 분해를 방지하기 위하여 필수적이다.2.7.2 첨가제의 분해(Additives Degradation)첨가제는 고분자에 비하여 사슬(Chain)의 크기가 매우 작으므로, 성형 중에 쉽게 분해되거나 휘발하여, 다음과 같은 결과를 유발할 수 있다.• 금형의 벤트(Vent)나 캐비티 표면에 휘발성 물질이 잔류 → 표면 문제 발생• 기계적 물성의 변화• 유동성 저하(점도가 높아짐)• 첨가제의 함량(% Content) 변화가 신재(Virgin)와 분쇄재(Regrind) 간의 가장 주요한 차이점이다.2.8 수분(Moisture)과 플라스틱수분은 비정상적인 성형조건(과도한 열, 체류 시간, 전단력 …) 하에서 플라스틱이 분해되기 쉽게 만들며, 특히 수분흡수가 쉬운 재료(Hygroscopic)일 때 매우 주의하여 건조 공정을 모니터링 해야 한다.수분을 함유하는 방식에 따라 플라스틱을 분류할 수 있으며, 수분이 폴리머의 외부에서 응축하는 소수성(Hydrophobic), 수분을 흡수하는 흡습성(Hygroscopic)으로 분류하며, 흡습성은 수분이 단순히 내부에 침투하는 친수성(Hydrophillic)과 열과 함께 수분이 폴리머의 체인을 분해하는 가수분해성(Hydrolyzable)로 나눌 수 있다. 가수분해성(Hydrolyzable) 플라스틱을 재료로 성형하는 경우에는 건조기의 조건과 유지관리(Maintenance)에 보다 중점을 두어야 한다. 외관상으로는 문제가 없어 납품 처리된 제품이 물성 저하로 인하여 사용/작동 중에 문제가 발생할 가능성이 있기 때문이다. 건조기의 관리/모니터링 인자(Factors)는 유속(CFM), 온도, 체류 시간, 그리고 이슬점(Dew Point)이 있으며, 기타 요인으로는 펠릿의 크기와 관리상태 등이 있다.★ 사출기 모니터링 시스템의 필요성 – 재료관리 측면 사출성형에서 재료의 관리는 공정 최적화의 기본이 된다. 균일한 재료가 공급되지 못하면, 공정상의 모든 변수가 변하게 되며, 결국 균일한 제품을 생산할 수 없게 된다.(그림 47)은 사출기에서 용융된 재료가 동일한 점도를 가지고 있는 지를 관리하는 방법으로 유효 점도(Effective Viscosity)를 모니터링(Monitoring) 하는 예제이다. 동일한 Grade의 재료일지라도 생산 로드(Lot)가 변화하면 내압이 변화하는 모습을 보여준다.재료의 수분 관리를 위하여, 수동으로 일정 시간 간격을 두고 수분 측정기나 이슬점 측정기를 이용하여 수행할 수 있다. 수동적(Manual)인 관리는 사람에 의하여 데이터의 누락, 관리 포인트의 상이, 측정 조건의 불일치 등이 발생하여 효율성과 정확성이 떨어짐으로 습도 센서를 이용하여 자동적(Automatic)인 관리와 감시 체계를 확립하는 것이 필요하다.

편집부 2020-06-06

화학연, 냉장식품 변질 여부 알려주는 스티커 기술이전 설명회 개최

- 콜드체인(저온유통) 안심 스티커 제조기술 라운드 테이블 서울 양재 aT센터서 열려- 기업들의 높은 관심 속 국내외 유통·제조기업 30여 개 사 참가한국화학연구원(원장 이미혜)은 지난 5월 19일(화), 서울 양재 aT센터 세계로룸에서 기술 도입 희망기업을 대상으로 ‘콜드체인 안심 스티커 제조기술 라운드 테이블’을 개최했다.‘콜드체인(저온유통) 안심 스티커’는 냉장·냉동 식료품 변질 여부를 알려주는 스티커로, 10℃ 이상의 상온에 노출되면 투명해지는 나노섬유 필름을 이용한 것이다.이번 기술설명회는 한국화학연구원 바이오화학연구센터 연구진이 개발한 안심 스티커 제조기술이 지난 4월 초 언론에 보도된 이후, 기업들이 높은 관심을 보여 개최하게 됐으며, 국내외 유통 및 제조기업 30여 개사가 참가했다.이번 기술설명회는 연구진의 기술소개와 질의응답과 기업별 기술상담으로 나눠 진행됐다.우선, 한국화학연구원 바이오화학연구센터 황성연 센터장이 콜드체인 안심 스티커 제조기술에 관해 설명하고, 참여기업들의 질문에 답하는 시간을 가졌으며, 이어서 제조기업과 유통기업으로 나눠 기업별 기술상담이 진행됐다.한국화학연구원 바이오화학연구센터 오동엽·박제영·최세진 박사팀은 지난 4월 7일 냉장으로 배송받은 식료품의 변질 여부를 확인할 수 있는 스티커를 개발했다고 밝혔다.콜드체인 안심 스티커는 10℃ 이상의 상온에 노출되면 투명해지는 나노섬유 필름이 핵심으로, 나노섬유 필름과 일반 필름 두 겹으로 이뤄져 있다. 나노섬유 필름은 저온 상태에서 안정된 형태로 빛을 산란시켜 불투명하다. 하지만 상온에 일정 시간 동안 노출되면 나노섬유 구조가 붕괴되면서 빛이 투과해 투명해진다.이 같은 원리를 이용해 스티커 앞면의 나노섬유 필름이 상온에 노출되어 투명해지면 뒷면의 일반 필름 이미지가 나타나는 것이다. 이를 통해 식료품의 변질 여부를 알 수 있다. 이 스티커는 식료품뿐만 아니라 고가의 의약품 저온유통에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 스티커 자체가 얇고 유연한 데다 기존 TPU 생산공정의 변경 없이 생산할 수 있고, 용도별 다품종 소량생산이 가능해 예상 제작 비용이 개당 10~50원*대로 저렴하기 때문이다.* 회사별 구매량 및 사용공정 설비에 따라 단가 변동 가능성 있음.한편 화학연구원의 안심 스티커는 구부림, 화물 적재, 훼손에 정상적으로 작동이 된다. 이는 안심 스티커 원료 자체가 화학연이 보유한 자가치유 폴리우레탄 소재로, 물류 이동 시 스크래치 및 절단과 같은 외부요인에 손상을 스스로 감지하고 회복하여 원 상태의 매끈한 표면을 유지할 뿐만 아니라 절단 이전의 기계적 강도를 유지할 수 있는 기능을 가지는 지능형 소재이기 때문이다.문의: 연구전략본부 기술사업화실 이영석 실장(042-860-7995, 010-8803-1841)연구전략본부 기술사업화실 최경선 선임연구원(042-860-7076, 010-7942-7164)

이용우 2020-06-02

꿈의 신소재 그래핀 연내 대량 생산한다

- 화학연 이제욱 박사팀, 흑연에 전기 흘려 그래핀 벗겨내는 전기화학 박리공정 개발- 화학연·㈜엘브스지켐텍, 국내 채굴 흑연으로 고품질 그래핀 대량생산한국화학연구원 이제욱 책임연구원(우)과 권연주 연구원(좌)이 멀티 전극 시스템으로 생산한 그래핀 용액과 가루를 들고 포즈를 취했다. 두 연구원 뒤에 있는 장치가 차세대 전기화학 박리공정이 적용된 멀티 전극 시스템이다.한국화학연구원과 국내 중소기업이 꿈의 신소재로 불리는 그래핀을 올해 내 양산화한다. 국내에서 채굴된 흑연으로 산업현장에서 쓰이는 그래핀을 대량 생산하는 건 이번이 처음이다.그래핀은 흑연을 한 층만 벗겨낸 것으로, 강도와 열 전도성, 전기전도성 등 성능이 매우 뛰어나 꿈의 신소재로 일컬어졌지만, 10여 년간 대량생산의 문턱을 넘지 못했다. 세계적으로 산업용 그래핀 주도권을 차지하기 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있지만, 아직 상용화된 적은 없다. 고품질의 그래핀을 저렴한 가격으로 대량생산하는 게 매우 어렵기 때문이다.이를 해결하기 위해 한국화학연구원 화학공정연구본부 이제욱 박사팀은 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 개발하고, 이 공정을 적용한 멀티 전극 시스템을 만들었다. 멀티 전극 시스템은 전해질 용액 수조에 ‘금속 전극-흑연 전극-금속 전극’을 샌드위치처럼 배치한 묶음을 여러 개 담가놓은 장치다. 이 장치는 흑연 전극에 전기를 흘려보내 그래핀을 아주 얇은 층으로 벗겨내는 방식으로, 이렇게 벗겨진 그래핀은 장치 하단의 필터를 통해 용액과 분리되어 가루 형태로 추출된다. 한국화학연구원 화학공정연구본부 이제욱 박사팀이 개발한 ‘차세대 전기화학 박리공정’을 적용한 멀티 전극 시스템현재 이 장치로 고품질의 그래핀을 1시간이면 생산할 수 있는데, 이는 세계에서 가장 빠른 수준이다. 또 그래핀 1g당 가격도 2,000원으로 비교적 저렴해 가격경쟁력도 갖췄다. 이는 기존 그래핀 생산기술인 ‘화학적 합성 공정’보다 생산시간과 가격, 품질 등 모든 면에서 우수한 것이다. 화학적 합성 공정은 흑연을 강산으로 처리해 그래핀을 얻는 방식으로, 현재 주로 연구용으로 사용되고 있다.한국화학연구원 이제욱 박사는 “화학적 합성 공정의 경우, 강산 처리로 인해 그래핀의 강도, 열 전도성, 전기전도도 등의 품질이 급격히 떨어지고, 나중에 환원처리를 하지만 100% 수준으로 품질이 회복되지 않는다”고 설명했다.한국화학연구원은 이 같은 기술을 개발해 ㈜엘브스지켐텍에 이전하고, 올해 연말까지는 고품질의 그래핀을 대량 생산한다는 목표로 공동 연구를 수행하고 있다. 현재 ㈜엘브스지켐텍의 모회사인 엘브스흑연㈜은 국내 흑연광산의 채굴권을 확보하고, 올해부터 본격적인 흑연 채굴에 들어간다. 지금까지 중국 수입에 의존하던 고품질의 흑연을 저렴한 가격으로 대량 공급할 수 있게 된 것이다. 대량 생산되는 그래핀은 우선 디스플레이와 스마트폰 등 전자제품의 열을 방출하는 방열부품, 전기자동차의 이차전지에 들어가는 도전재와 전극 등에 적용할 예정이다. 현재 전자제품의 방열부품에는 흑연 시트가 주로 쓰이는데, 유연성이 떨어지는 탓에 휘어지는 디스플레이 생산의 걸림돌이었다. 하지만 그래핀은 유연성과 가공성이 뛰어나 흑연 시트를 충분히 대체할 수 있을 것으로 기대된다.한국산업평가관리원에 따르면, 현재 전 세계 그래핀 시장은 900억 달러로 추정되며, 2025년에는 2,400억 달러로 3배 가까이 증가할 것으로 전망된다. ㈜엘브스지켐텍 박철용 대표는 “값싼 고품질의 그래핀을 대량으로 시장에 공급해 지난 10년 동안 열리지 않았던 그래핀 상용화의 문을 2021년까지 활짝 여는 게 목표”라고 말했다. 현재 ㈜엘브스지켐텍은 안성에 엘브스흑연연구소를 설립하고, 그래핀 양산을 위한 준비에 박차를 가하고 있다.한편, 이번 연구는 산업통상자원부의 ‘벤처형전문소재기술개발사업’과 ‘탄소산업기반조성사업(고부가가치 인조흑연 소재기술개발)’ 등의 지원을 받아 이뤄졌다. < 문의 > 연구부서 - 화학공정연구본부 C1가스·탄소융합연구센터 / 이제욱 책임연구원 / (042-860-7392/leeju@krict.re.kr)- 화학공정연구본부 C1가스·탄소융합연구센터 / 권연주 연구원 / (042-860-7584/kyj0905@krict.re.kr) 홍보부서- 과학확산실: 양경욱 실장(042-860-7998)- 과학확산실: 김민호 선임행정원(042-860-7826)

편집부 2020-05-31

UNIST 해수전지, 디자인 통해 아이들 행복으로!

- 김차중‧김영식 교수팀, 해수전지 이용한 디자인으로 생활 담수·조명제품 개발- 식수, 전기 부족으로 어려움 겪는 제3세계 아이들 위해… iF 디자인 어워드 수상친환경 미래 에너지 연구와 약자를 생각하는 디자인이 만나 제3세계 아이들을 위한 제품을 탄생시켰다. 대학 내 협업으로 바닷가에서 식수와 전기 부족으로 어려움을 겪는 이들에 꼭 필요한 도움을 줄 길이 열린 것이다.UNIST(총장 이용훈) 김차중 디자인 및 인간공학부 교수와 김영식 에너지 및 화학공학부 교수팀은 생활 담수화 및 조명제품, ‘아쿠아시스(Aquasis)’를 공동 개발했다. 해수전지 기술과 디자인 작업이 결합한 이 제품 디자인은 지난 3월 ‘독일 iF 디자인 어워드 2020’에서 ‘프로페셔널 콘셉트(Professional Concept)’ 부문 본상을 수상했다.해수전지를 이용한 담수화 및 조명제품, 아쿠아시스연구진은 바다에 인접해 있지만, 만성적인 식수와 전력 부족으로 인해 보통의 일상을 누리지 못하는 제3세계 국가의 아이들을 위해 제품 디자인을 진행했다. 세계적으로 오염된 식수로 어려움을 겪는 아이들을 위해 ‘라이프 스트로우’*와 같은 제품이 제작돼 보급되고 있지만, 바닷물의 경우엔 담수화가 어려워 식수 문제가 심각하다.*라이프 스트로우(Life Straw): 수자원이 오염된 개발도상국, 제3세계에 살고 있는 사람들을 위해 제작된 휴대용 정수 빨대. 전기적 장치 없이 필터를 이용해 미생물과 기생충을 걸러낼 수 있다.아쿠아시스는 해수전지의 담수화 기능에 주목해 문제를 해결했다. 바닷물 속 나트륨 이온을 이용해 전기를 충전하는 해수전지는 충전 과정에서 바닷물을 담수화할 수 있다. 연구진은 조명 상단에 있는 태양광 패널로 해수전지를 충전해 조명을 위한 전기를 담고, 동시에 마실 수 있는 물을 만들 수 있도록 제품을 디자인했다.아쿠아시스는 제3세계 바닷가 아이들에게 식수와 조명을 공급할 수 있다< 아쿠아시스(Aquasis) 디자인 소개 >■ 아쿠아시스는 해수전지를 이용해 해수 담수화 및 조명 기능을 할 수 있는 제품이다. 바닷가에서 식수와 전기 활용에 어려움을 겪는 사람들을 위해 디자인됐다. 해수전지는 태양광으로 전기를 충전하는 과정에서 바닷물을 담수화할 수 있다. 낮에 충전된 전기는 저녁에 조명으로 활용될 수 있다.■ 담수화된 물은 식수를 구하기 어려운 바닷가에서 유용하게 활용될 수 있다.■ 사용자는 낮 동안 아쿠아시스에 바닷물을 담고, 상단부의 태양광을 이용해 전기를 충전함과 동시에 바닷물을 담수화할 수 있다. 약 4시간의 충전 과정을 거치면 해수전지 충전과 담수화가 완료된다. 담수화 완료 여부는 LED를 통해서 확인할 수 있다.■ 아쿠아시스 상단부는 전지와 조명으로 구성돼 있다. 낮 동안 충전된 해수전지는 별도로 분리해 집 안에서 조명으로 활용할 수 있다.이 제품은 수인성 질병에 취약한 어린이들의 건강에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 바닷물을 담수화하는 만큼 살균된 깨끗한 물을 지속적으로 공급할 수 있기 때문이다. 또한, 아이들도 쉽게 바닷물을 담을 수 있는 크기와 무게로 디자인되었으며, 아이들의 일상을 고려해 아침에 일어나 바닷물을 담아두면 오전에는 정수기로, 오후에는 생수통으로, 밤에는 조명등으로 기능한다. 특히, 해수전지로 작동되는 조명은 교육 및 놀이 기회가 부족한 아이들에게 야간에도 책을 보거나 놀이를 할 수 있는 시간을 확보해줄 수 있다.아쿠아시스는 UNIST가 보유한 원천기술과 디자인 역량을 결합해 탄생했다는 점에서 특별하다. 해수전지 원천기술을 보유한 김영식 교수팀(참여연구원 김문이)과 제품 디자인에 강점을 지닌 김차중 교수팀(참여연구원 조광민, 마상현)은 1년여에 걸쳐 기술 상용화를 위한 협업을 진행했다.김차중 교수는 “아쿠아시스는 기술의 사회적 기여에 초점을 맞춰 제3세계 아이들이 겪고 있는 문제에 대한 깊은 고찰과 고민을 바탕으로 연구와 협업을 진행한 결과물”이라며, “디자인을 통해 UNIST가 가진 기술을 사회에 기여할 수 있는 상용제품으로 만들어낸 사례로 의미가 깊다”고 설명했다.그는 이어 “혁신적 신기술의 사회적 기여 가능성에 집중한 프로젝트가 세계적 디자인 수상으로 인정받아 기쁘다”며, “이번 수상은 UNIST가 디자인 연구뿐 아니라 실무분야에서도 꾸준히 인정받고 있음을 보여주는 성과”라고 강조했다.김차중‧김영식 교수팀은 아쿠아시스를 상용화해 실제 제품으로 출시하는 것을 목표로 협력하고 있다. 연구진은 아쿠아시스 외에도 해수전지의 기술을 활용한 다양한 제품을 개발해 교원창업기업 ㈜포투원을 통해 사업화할 계획이다.김차중 교수팀은 2016년부터 독일 iF 디자인 어워드, 미국 스파크 디자인 어워드 등 세계적인 디자인 공모전에서 대상을 포함해 수차례 수상하며 디자인의 우수성을 인정받아왔다. 특히, 디자인 산학과제를 통해 기업의 기술적 가치를 높이는데 기여하고 있으며, 장기입원 아동 환자, 노인 환자, 시각 장애인, 제3세계 아이들 등 사회적 약자를 위한 디자인을 통해 ’공존의 디자인’을 꾸준히 진행해오고 있다.한편 iF 디자인 어워드는 세계적 권위를 자랑하는 디자인 수상기관인 독일 레드닷 어워드, 미국 IDEA와 함께 세계 3대 디자인 어워드로 불린다. 올해 iF 디자인 어워드에는 전 세계 56개국에서 7,000개 이상의 작품이 출품됐다.문의:대외협력팀_장준용 팀장, 김석민 담당(052)217-1231디자인 및 인간공학부_김차중 교수(052)217-2730

편집부 2020-05-31