KOSEN 한인과학기술자네트워크

[토론 주제] 지속 가능한 발전을 위한 과학기술

[토론을 시작하며]
KOSEN DAY를 마친 뒤 며칠 후 한국과학기술한림원이 주관하는 2018 한국과학주간에 ‘지속가능한 미래, 과학기술에서 찾다’라는 국제행사가 있었다. 마침 KOSEN DAY 주제와 일치하여 관심을 가지고 있었는데, 그 포럼에서는 지속가능성에 대한 개념 정립부터 해야 한다고 강조하면서, 기초과학의 역할, 생태계의 중요성 등을 중요하게 다루었다. 포럼에서 발췌한 일부 내용은 이렇다.
‘지속가능성학: 지속 가능한 미래를 위한 과학, 정책, 사회의 연결고리 찾기’를 주제로 강연에 나선 카즈히코 다케우치 부회장은 "지속가능한 미래를 위해서는 우리 사회를 지속가능한 사회로 만드는 것이 중요하다"라며 "지속가능개발을 위한 교육을 통해 인식을 확산시키고, 일반 국민들도 이해할 수 있도록 개념을 정립해 나가야 한다"고 강조했다.  
최재천 이화여자대학교 석좌교수는 ‘아낌없이 주는 나무 : 지속가능한 미래를 위한 생태계 서비스’를 주제로 발표한 강연에서 생물다양성에 대한 노력을 강조했다. 그는 “무분별한 개발은 환경재앙을 불러 일으켰고, 그로 인해 생물다양성의 고갈이 심각한 문제로 인식되고 있는 상황”이라며 “이제는 개발문화 대신 생태문화가 기본이 되는 패러다임의 전환이 필요할 때이며, 그 중에서도 생물다양성을 위한 노력을 전개해야 할 때”라고 주장했다.
또한, 우리나라에서 큰 사회이슈 중 하나인 미세먼지와 같은 이야기도 토론 주제였다. 그러나, 미래의 지속한 발전을 위해 무엇보다 중요한 것 중 하나가 친환경적인 에너지의 개발이 아닌가 싶다. 우리는 이번 KOSEN DAY에서 이 문제에 집중했다. 우리가 개발하는 배터리의 이슈이기도 하다.
 
[터지지 않는 배터리 : 전고체 배터리]
현재 인류는 기술적 급성장을 이룩하게 되면서 미래기술 이라고만 여겨졌던 AI, IoT, 전기차 등을 상용화하여 생활의 편리함을 가져오기 위한 노력을 하고 있다. 특히 여러가지 환경 이슈, 지구온난화 등으로 인해 기존의 연료를 대체할 청정에너지들에 관한 연구가 계속 되어오고 있는 요즘 전기차에 대한 연구는 화두가 되고 있다.
사실 친환경, 저비용, 저소음이라는 장점만 보면 석유자동차를 완벽하게 압도하는 장점이 있는 전기차는 내연기관보다 먼저 발명이 되었다. 그럼에도 불구하고 이런 전기차가 역사속으로 사라진 이유 중 가장 큰 이유는 주행거리였다. 20세기 초 방대한 유전이 발견되면서 상대적으로 저렴하면서 주행거리에 지장을 받지 않는 내연기관을 선택하면서 외면 받게 되었기 때문이다. 하지만 이제는 상황이 달라졌다. 현대로 넘어오면서 기술적 성장에 의해 진보된 배터리 기술과 환경오염에 대한 인식 변화로 인해 전기 자동차가 다시 각광을 받고 있다.
자 그럼 이 시점에서 전기차 상용화를 위해 중요한 것은 무엇일까? 단연 배터리 성능을 먼저 이야기 할 수 있겠다. 배터리의 성능을 높여서 용량을 올리고 충전속도를 높여서 더 빠르고, 더 멀리 갈 수 있어야 한다는 것이 있겠다.
하지만 그보다도 안전성이 우선이라고 생각한다. 전기차가 상용화된다면, 인프라의 발달로 어디서든 배터리의 충전이 가능할 것이며, 충전속도의 문제는 다른 방법으로도 대체가 가능할 것이지만 우리가 그런 모습을 그리기 위해서는 가장 우선시 되어야 할 점은 역시 배터리의 안전성이 확보가 되어야 한다고 생각한다.
아직까지 액체 전해질을 사용하는 배터리에서는 여러가지 안전성, 신뢰성 실험에서 만족할 만한 성과를 내고 있지 않다. 하지만 우리는 그 대안으로 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리를 들 수 있다. 말 그대로 전해질이 고체로 되어 있기 때문에 안전성 면에서 월등히 높은 장점을 갖고 있는 전고체 배터리는 낮은 이온 전달성 때문에 아직까지 실용화가 되고 있지 않다. 우리나라에서도 몇몇 기업에서 연구개발을 시도하고 있지만, 눈에 띌 만한 성과가 나오지 않고 기술개발이 부진한 것으로 보인다.
기존의 액체 전해질 배터리에 대비해 고체 재료를 전해질로 사용한 전고체 배터리는 성능이 기존에 비해 떨어졌으나, 11년도에 일본에서 연구된 결과를 보면 Lithium, Germanium, 유황을 재료로 사용하여 매우 전도성이 높은 결과가 나왔고, '16년에는 염소를 적용하면 성능이 액체 배터리 이상이 될 것이라는 연구가 나오고 있다. 한가지 예로는 Proto type의 제품에서는 출력이 LIB 대비 3배 이상 되는 것으로 확인되어 실용화가 멀지 않았음을 느낀다.
전고체 배터리는 전해질이 고체이므로 기존 제품의 고질적인 문제인 관통 시 발화에 대한 이슈가 있는데 고체배터리는 전해액이 누출되지 않으므로 발화되지 않아 안전성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 발화가 문제가 되는 이유는 대형버스처럼 사람이 많이 타는 교통수단에서는 발화가 되면 다수의 사상자가 발생하므로 절대 발화가 되지 않는 배터리가 필요했었다.
전고체 배터리는 문제를 해결 할 수 있는 배터리였으나 성능상의 문제로 실용화에 의문이 있었다. 그러나 앞서 언급한 것처럼 재료기술과 응용화학의 발전으로 이러한 문제가 한가지 씩 해결되는 것으로 봐서는 차세대 배터리로 자리매김 하지 않을까 생각된다.
이러한 시점에서 한국에서는 전고체 배터리에 대한 연구가 얼마나 진행되었는지 정보가 없다. 현재 우리나라가 전고체 분야에서는 뒤처지는게 아닐까 걱정이 된다. 현재는 전세계적으로 배터리에 대한 높은 점유율을 달성하고 있는데 향후 10년 내에 새로운 배터리에 대해 기술을 내놓지 못하면 우리의 배터리 기술은 고사 할 것으로 생각된다.
반도체의 초격차 전략이 배터리에서도 적용되려면 기초과학에 대한 투자 절실하다는 생각이 든다. 우수한 인력을 유치하는 지원을 아끼지 말고 창의적인 발상을 할 수 있는 환경과 인프라를 제공해야 한다. 또한 향후 미래를 이끌고 갈 젊은이와 학생들에 대한 교육 방향에 대해서도 다시 한번 생각해 봐야 할 것 같다. 현재 우리 자신도 아이를 키우고 있지만 지식을 많이 외워서 다른 사람과의 경쟁에서 1등을 요구하기 보다는 다양한 경험과 실패를 겪어보게 함으로써 그러한 경험과 실패 속에서 우리의 삶의 올바른 목적과 더 나아가 나만 잘 사는 사람이 아니라 우리 모두가 더불어 잘 살기 위한 창의적이며 행동하는 사람 인재로 키우고 싶다는 생각이 듭니다. 애들이 아빠의 마음을 이해할지 모르겠지만...! ^^;; 어쩌다 보니 얘기가 애들 교육문제로 가게 되었네요.
어쨌든 기술과 환경문제 등을 왈가왈가 하지만 결국 이 모든 것은 현재 젊은이와 학생들에게 달려 있습니다. 이런 말이 있지요. 늙은이는 젊어도 보고 늙어도 봤지만, 아직 젊은이는 늙어본 적이 없기에 경험이 부족합니다. 먼저 겪어온 본 우리가 그 사람들이 처할 미래에 대해 우리가 아는 만큼 현재의 환경을 바꿀 필요가 있다고 생각합니다. 미래는 젊은이에게 달렸지만 현재는 우리 손에 있다고 생각합니다. 우리가 먼저 행동하여 지속가능한 성장을 위한 미래를 위해 현재를 바꾸는 삶을 살아야 하지 않을까 생각합니다.
 
[차세대 배터리 기술 : 당사에서 최근 개발한 그래핀볼]
무엇보다 현재 가장 화두가 되는 것은 전기차일 것입니다. 무거운 차를 움직이려면 고출력, 고전압이어야 하고, 또한 배터리 용량이 어마어마한 만큼 충전시간도 오래 걸리는 단점이 있습니다. 그런데 그래핀볼 기술이 배터리의 단점으로 걸리고 있는 충전 시간 및 용량 측면에서 획기적인 개선이 있어 이 기술이 상용화되는 시점에 진짜 전기차가 기존의 내연기관 엔진 차량을 압도할지도 모를 것 같습니다.
먼저 그래핀이 무엇인지에 대해 간단히 짚고 넘어가고자 합니다. 그래핀이란 연필심에 사용되어 우리에게 친숙한 흑연의 한 층을 지칭하는 것으로, 전자 이동성이 빠르고 열전도성이 뛰어나며 강도가 높아서 미래에 사용될 신소재로 각광받고 있습니다. 그래핀 소재를 이용하여 개발한 그래핀볼은 기존 리튬이온 배터리의 성능을 압도하는 것으로 밝혀졌습니다. 삼성종합기술원에서 그래핀을 리튬이온 배터리의 양극 보호막과 음극 소재로 활용한 실험한 결과 충전용량을 45%나 향상시키면서도 충전 속도까지 5배 이상 빠르게 올릴 수 있고 고온 안정성까지 만족시키는 것으로  나와 있지요.
현재 전기차 뿐만 아니라 여러 IT 제품에서 항상 발목을 잡고 있던 부분이 에너지였는데 그래핀볼 기술이 이대로 안정적으로 상용화된다면 우리 생활에 획기적인 변화가 생길 것이라 생각합니다. 먼저 생각해 볼 수 있는 영역은 전기차 시장의 규모가 폭발적으로 증가가 될 것은 안 봐도 뻔한 내용이겠지요. 또한 현재 지지부진하고 있는 웨어러블 시장 및 IoT 시장에 새로운 활력을 불어 넣을 거라 생각됩니다. 즉, 4차 산업이 본격적으로 우리 삶에 영향을 주는 신호탄이 되지 않을까 조심스럽게 예측해 봅니다. 이런 급변하는 시장 상황에서 우리 개발자들도 이에 맞추어 변화해야 지속 가능한 발전을 이룰 수 있을 거라 생각합니다.
 
[핵융합기술 : 우리나라가 앞서는 세계적인 기술 중 하나]
우리나라가 앞서는 몇 안되는 세계적인 기술 가운데 하나가 핵융합기술이라고 합니다. 예전에 KSTAR라고 해서 국내에서 미니 태양을 만든다고 들었던 것 같은데, 선진국이 공동으로 국제핵융합실험로를 건설하고 있다고 하네요. 성공하기만 하면, 자원고갈 우려도 없고 정말 지속가능한 에너지로 될 것 같은데.. 현실은 만만치가 않은 것 같습니다. 유럽연합, 한국, 미국, 러시아, 일본, 중국, 인도 등이 2007년부터 공동으로 프랑스에 건설하고 있다고 합니다. 사업예산의 거의 절반은 EU가 부담하고 다른 나라들이 9.09%씩 분담한다고 합니다. 공정률이 57%가 넘었는데, 2025년에나 첫 플라즈마가 발생할 수 있다고 합니다.
그런데, 우리나라가 KSTAR를 통해 확보한 세계 최초의 초전도 핵융합장치가 이것의 모태 기술로 활용된다고 합니다. 우리 대기업도 여러 곳에서 건설에 참여하고 있고 우리나라의 기술도 많이 인정받는 모양새입니다. 아니 기술을 리딩하고 있는 분야라고 해야 할 것 같네요. 그런데, 앞으로가 걱정이라고 합니다. 젊은 인재에 대한 지원이 부족하여 연구원이 많이 부족하다고 합니다. 여기서도 중국이 무섭게 뒤쫓아 오고 있습니다. 중국의 과학 굴기는 유명하죠. 핵융합 인재 1만명 목표로 열심히 투자하고 있다고 합니다.
 
[토론을 마치며]
앞서 주제 토론에 앞서 언급했던 한국과학주간 행사에서도 나왔듯이 기초과학에 대한 투자와 관심이 응용과학에 대한 자양분이 됨을 국가의 정책입안 및 집행자가 인지해야 합니다. 기초과학이 튼튼해야 그것을 재료 삼아 응용과학 더 나아가 공학에서 창의성이 발휘될 수 있고, 결국 창조경제가 되고 지속가능한 미래를 보장받을 수 있습니다. 과학이 할 수 있는 일은 많이 있습니다. 과학만이 할 수 있는 일도 많이 있습니다. 미세먼지로 고통받는 것도 결국 과학기술을 통해 해결할 수 있을 것이며, 에너지도 과학기술이 언젠가는 해결해 줄 수 있을 것입니다. 그것이 잘 동작하도록 하는 역할은 그러나, 인간이 할 수 있습니다. 이것이 지속가능성을 정확하게 정립하고, 과학기술에 관심을 가져야 하는 이유입니다. 지속가능한 미래를 위한 과학기술의 생활화. 지금이 시작할 때입니다.