▲ 한양대 에리카(ERICA) 캠퍼스(사진 전경) 지역협력연구센터(GRRC)가 탄소중립의 중요한 요소인 촉매 소재 개발에 필요한 계산재료과학 기반 촉매 설계·해석 기술을 개발했다.

한양대 에리카(ERICA) 캠퍼스 지역협력연구센터(GRRC)가 탄소중립의 중요한 요소인 촉매 소재 개발에 필요한 계산재료과학 기반 촉매 설계·해석 기술을 개발했다.

계산재료과학은 자연법칙을 수식화하여 컴퓨터상에서 자연현상을 재현하고 예측하는 방법으로, 촉매 소재 분야 연구개발 기간을 단축시켜 산업 시장 변화에 대응하고 새로운 시장을 개척하여 기업의 이윤을 극대화시킬 수 있어 최근 산업체에서 많은 수요가 발생하고 있다.

최근 한 국내 기업은 관련 센터를 출범시켜 컴퓨터 시뮬레이션 기반 소재, 설계 및 제품 개발 솔루션을 제공하고 있고, 또다른 기업은 촉매 소재 컴퓨터 분석에 특화된 전담부서를 운영하는 등 관련 산업분야에서 계산재료과학의 역할이 날로증대되고 있다.

또한, 컴퓨터시뮬레이션 기반의 계산재료과학은 4차 산업혁명의 핵심인 인공지능(AI) 및 빅데이터 활용 기술의 소재 분야 연구개발 적용을 극대화 할 수 있는 기술로 주목 받고 있다.

지금까지 촉매 소재 연구개발은 시행착오를 통해 연구해 나가는 분야로, 상용화된 귀금속 촉매를 대체하기 위해 탄소와같은 값싼 원소를 이용하여 다양한 촉매 소재 연구를 수행해 왔다.

하지만 탄소로만 구성된 소재라 하더라도 물성이 다른 그래핀, 흑연, 다이아몬드 등 다양한 구조적 이성질체뿐만 아니라형상에 따라 1차원 탄소나노튜브, 2차원 그래핀, 3차원 흑연 등 전혀 다른 물성을 가지기 때문에 기존의 실험 기반 연구방식은 많은 연구개발 시간과 비용을 필요로 한다.

한양대 에리카(ERICA) 이상욱 교수팀은 비효율적인 연구개발 방법의 획기적인 대안으로 주목 받고 있는 계산재료과학을 고성능 촉매 소재 연구에 효율적으로 활용할 수 있도록 “소재의 조성-구조-물성” 상관관계를 해석하여, 실험적으로 합성 가능한 수백, 수천 가지의 후보 물질들을 동시에 평가해 짧은 기간 내에 우수한 소재를 선별할 수 있는 연구방법론을개발했다.

▲ 시뮬레이션 기반 계산과학을 이용한 새로운 촉매 설계 연구 모식도 
개발된 기술은 소재융합기술 업체인 ㈜인실리코에 기술이전되어 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해용 촉매 및수소연료전지용 비백금계 촉매 설계에 적용해 고성능 다기능성 촉매 연구개발에 나설 계획이다.이상욱 교수는 “탄소중립을 성공하기 위해서는 효율적인 촉매 개발이 중요하다”며 “이전한 기술로 해당 기업체가 기존에가지고 있던 촉매 소재 개발 연구역량을 강화시켜 매출 창출까지 연계될 수 있도록 산·학 연구에 적극 나설 것”이라고 전했다.한편, 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 인프라가 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델로 관련 산업의 기술 경쟁력 향상을 통한 지역경제 활성화를 목표로 하고 있다.2021년 지원되는 경기도비는 52억 7천만 원으로 센터당 5억 1천만 원씩 지원하고 있으며, 한양대 에리카캠퍼스를 비롯한 10개의 센터가 활발히 연구개발을 수행 중이다.