KOSEN 한인과학기술자네트워크

토의 내용이 길어져서 각자 토론 내용을 요약해서 종합하였습니다. 그림을 첨부했는데 삽입이 안되는군요. 양해바랍니다.

윤성욱 박사과정
바이오 매스(Biomass)는 식물이나 미생물등의 유기체를 에너지원으로 하는 자원입니다. 1년간 바이오 매스로 생산 가능한 최대 에너지는석유의 전체매장량과 맞먹는 양이며, 바이오 매스는 전세계적으로 널리 고루 퍼져 있기에 지역간 에너지 불평등 해소을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 온실가스 방출을 최소화할 수 있는 친환경적인 지속가능한 에너지원입니다.
가스화공정(Gasification)은 전기에너지, 석유화학 물질, 액체연료, 수소등을 재생산할 수 있는 합성가스를 생성하는 공정으로써 바이오 매스의 적극적인 활용을 위해서는 중요한 기술입니다. 하지만, 바이오매스의 낮은 에너지 밀도와 생성된 합성 가스에 포함된 높은 농도의 오염물질이 추가적인 정제 공정을 요구하고 있습니다. 정제 기술의 발전과 오염물질에 영향을 받지 않는 높은 활성의 촉매기술의 발전을 통해 바이오 매스를 이용한 가스화공정이 최근 많은 발전을 이루었습니다. 따라서, 지속가능한 발전을 위한 유망한 과학 기술 중 하나로 바이오 매스를 이용한 가스화 공정을 추천드립니다.

오윤택 박사과정
2016년 미국 에너지정보국(U.S. Energy Information Admistration)의 국제 에너지 전망 보고서는 에너지 관련(석유, 석탄, 천연가스) 이산화탄소의 배출량이 2040년까지 계속해서 증가할 것으로 예측하고 있습니다(그림 1) (U.S. Energy information administration, 2016). 전 세계적으로 이산화탄소 배출 저감을 위해 노력하겠다는 의지는 1997년 교토 의정서와 2015년 파리협정을 통해 확인할 수 있지만 화석연료의 사용을 근본적으로 막을 수는 없기 때문입니다. 또한 점점 더 고도화되어가는 우리 사회는 더 많은 에너지원을 요구하게 되고, 결과적으로 더 많은 화석연료가 사용되어 더 많은 이산화탄소가 배출될 것은 어찌보면 자명한 일입니다.


[그림 1] 세계 에너지 관련 연료의 종류 및 해당 연료의 이산화탄소 배출량 1990-2040 (billion metric tons). [참고: U.S. Energy Information Administration, International energy outlook 2016].
 
이와 같은 화석연료의 사용과 그에 따른 이산화탄소의 배출은 결국 지속불가능한 발전으로 이어집니다. 사회가 발전을 거듭할 수록 인류의 삶은 위협받게 됩니다. 그렇다면 우리는 어떻게 지속가능한 발전을 할 수 있을까요?

지속가능한 발전은 사회 전반에 걸쳐 여러 분야에 적용될 수 있는 개념일 것입니다. 이러한 개념을 위와 같은 상황에 대입하여 본다면, 이산화탄소를 배출하지 않는 재생 가능한 에너지(Renewable energy)를 사용하는 것도 한 방법입니다. 사실 지속가능한 발전을 위한 과학기술에 반드시 등장하는 기술이 재생 가능한 에너지 이용 기술입니다. 재생 가능한 에너지는 태양광, 태양열, 풍력, 풍력, 지열, 해양, 생물유기체 등을 포함하며 화석연료와 달리 이산화탄소를 배출하지 않고 그 양도 무한합니다.

현재 화석연료 사용에 대한 우려와 함께 재생 가능한 에너지의 장점에 대한 공감대가 전 세계적으로 형성 되었으며, 이는 재생 가능한 에너지에 대한 수요 증가로 어어질 것으로 예측되고 있습니다 (그림 2) (U.S. Energy information administration, 2016).
 

 [그림 2] 에너지 자원 종류 별 전 세계 에너지 사용량 1990-2040 (quadrillion Btu). [참고: U.S. Energy Information Administration, International energy outlook 2016].
 
제가 연구하는 분야는 재생 가능한 에너지 중 해양에너지 입니다. 해양에너지도는 다시 조력, 파력, 온도차, 염도차 발전 등으로 세분화 될 수 있습니다. 그 중 제가 가장 관심을 갖는 분야는 염도차 발전입니다. 전공 이야기를 하게 되면 어렵고 또 지루하기 때문에 간단히 말씀드리면 해수의 염분 농도와 바다로 흘러 들어가는 담수(강물, 지하수 등)의 농도가 다른 것을 이용하여 전기를 발전시키는 기술입니다. 즉 농도의 차이(화학에너지 차이)를 전기에너지로 전환하는 기술입니다. 재생 가능한 에너지의 대표주자인 태양열 또는 태양광 발전에 비해 발전용량이 작고 기술 발전도 더디기 때문에 아직 큰 주목을 받고 있지는 못하지만 전 세계의 어느 곳에서라도 바다와 담수가 만나는 곳에서는 에너지를 생산해 낼 수 있다는 점과 바다와 담수를 이용한다는 점에서 잠재 발전용량이 높다는 것을 해당 기술의 강점으로 꼽을 수 있습니다. 또한 인간에게 꼭 필요한 물을 발전자원으로 다룬다는 점에서 향후 정수 또는 하수의 수처리 공정등과 융합되어 사용될 가능성이 높다는 점도 해당 기술의 장점이라고 할 수 있습니다.

강정식 박사
제가 생각하고 있는 지속 가능한 연구는 현재 문제가 되고 있는 플라스틱 쓰레기와 바이오매스 즉 농축산 폐기물을 함께 이용해서 고부가가치의 화학물 (석유나 솔벤트 등) 을 만드는 공정입니다. 현재 플라스틱 사용을 줄이려는 운동은 급속히 퍼지고 있으나 마땅히 또 이를 대체할 물질이 발명되지 못해 미래에도 플라스틱 쓰레기 문제는 존재할 것이라 생각이되고 바이오매스 또한 지구가 존재하는 한 반복되어 생산될 수 밖에 없습니다. 바이오매스를 이용한 여러 화학공정은연구가 많이 되어지고 있는 반면 사람이 만든 고품질의 탄소덩어리인 플라스틱은 재활용하는데 그치고 있고 재활용이 되어진 플라스틱은 또 쓰레기로 변하는 악순환에 빠져있습니다. 만일 플라스틱을 바이오매스와 혼합해 기존에 개발되어진 기화공정에 사용한다면 공정상 필요한 열을 충분히 얻을 수 있을 뿐 아니라 바이오매스에서는 적게 얻어지는 탄소를 충분히 만들어낼 수 있는 장점이 있습니다. 또한 이렇게 제조된 합성가스는 여러 화학물을 만드는 기초물질로 이용되고 플라스틱 이외에 필요한 화학물질로 변형시킬 수 있습니다. 환경을 보존하면서 인간에게도 유익한 방향으로 화학공정을 사용하는 좋은 방법이라 생각됩니다.

우형민 박사
최근 수질오염 등으로 인한 수돗물에 대한 오염문제가 사회적인 이슈가 되고 있다. 특히, 미국에서는 납중독 문제와 과불화 미량오염 물질의 오염문제에 대한 해결책을 찾고자 막대한 노력을 하고있다. 수돗물의 공급이 건물내의 납관을 통해서 오염이 되는 것으로 밝혀졌는데, 오래된 도시일수록 그 오염의 범위가 확대된다. 신시내티 시에서는 웹을 이용한 GIS 매핑을 통해서, 시민들이 주소를 입력하면 납관의 존재 유무를 알려주는 시스템을 구축하였으며, 많은 사람들이 이용하고 있다. 하지만, 건물내의 납관은 개인이 유지관리 책임이 따르므로, 오래된 도시에서 여전히 많은 수의 건물들은 납관을 사용하고 있는 형편이다. 더불어 100년이 넘은 건물들은 내부 설계도면조차 제대로 확보되어 있지 않은 경우가 많아, 관련 분야의 기술개발이 필요한 실정이다.
과불화 미량오염물질은 주요 원인이 방수코팅에 많이 사용하는 물질이 정수장에서 걸러지지 않고, 다시 가정으로 들어와 수돗물 사용자에게 노출되고 있기 때문에, 최근 학계의 빅이슈로 떠올라 많은 사람들이 연구를 진행하고 있다. 원인은 종이컵 내부 코팅, 후라이팬의 테프론 코팅, 소화용 불소 등 생활 곳곳에서 사용되는 물질이지만, 아직 뚜렷한 정수처리 방법 혹은 해결책은 없는 실정이다. 오히려, 일회용 종이컵 대신 재사용이 가능한 텀블러를 사용하면 조금이나마 환경오염 문제를 해결하는데 도움이 되지 않을까 싶다.

한대우 박사
화석연료가 환경문제를 야기하고 유한성 때문에 재생 에너지가 현재 많이 각광을 받고 있습니다. 하지만 재생 에너지 또한 비용문제와 환경 파괴등의 부작용을 낳고 있는것 같습니다. 이 재생 에너지가 미래에서 지속 가능한 기술이 되기 위해서는 재생 에너지의 효율과 환경 파괴 문제등을 해결해야 할것 입니다. 이를 위해서 나노기술 등을 이용한 고효율 재생 에너지 응집 기술과 환경 파괴를 최소화 할 수 있는 설치 기술의 발달이 동반되어야 한다고 생각합니다.