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생리대 안전성 과학적 검증 결과 발표
글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀이 하와이대학교 김주희 교수 연구팀, 충북대학교 김세나 교수와 함께 시중에서 판매되는 생리대의 화학적 안전성과 독성 수준을 종합적으로 평가한 국제 공동연구 결과를 발표했다. 이번 연구는 2025년 8월 29일 발표되었으며, 여성 건강과 밀접한 위생용품의 안전성을 다룬 최초의 포괄적 분석이라는 점에서 큰 의미를 가진다. 연구팀은 국내외 유통 중인 29종의 생리대를 대상으로 ▲휘발성유기화합물(VOCs) 방출, ▲미세플라스틱 검출, ▲세포독성 평가 등을 다각도로 분석했다. 그 결과, 다수 제품에서 톨루엔*이 0.04~2.79 μg/패드 수준으로 검출되었으며, 이는 기존 산업 안전 기준치(37 mg/m⁻³)보다는 낮지만, 피부 흡수 특성과 장기간 사용 환경을 고려하면 보다 면밀한 검토가 필요하다는 지적이다. *톨루엔: 산업적으로 널리 쓰이는 휘발성 유기화합물로 피부나 점막에 반복적으로 노출될 경우 건강에 해로울 수 있음 또한, 모든 생리대 제품에서 폴리프로필렌(PP) 기반의 미세플라스틱이 확인되었고, 일부 제품에서는 PET 및 PE 등 다른 종류의 미세플라스틱도 소량 검출됐다. 최근 미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 영향에 대한 우려가 커지는 가운데, 이번 연구는 생리대와 같은 밀착형 위생용품에서의 미세플라스틱 노출 가능성을 과학적으로 입증했다는 점에서 주목받고 있다. 세포독성 실험 결과, 일부 생리대는 세포 생존율이 80% 이하로 나타나 중등도의 세포독성이 확인되었다. 특히 ‘유기농’으로 표시된 일부 제품에서도 세포독성이 관찰되어 추가적인 검증 연구가 요구된다. 이러한 결과는 제조 공정에서 사용되는 화학물질의 종류와 처리 방식이 제품의 독성 수준에 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 박천권 교수는 “이번 연구는 위생용품의 안전성 문제에 대해 구체적인 과학적 데이터를 바탕으로 경각심을 불러일으킨 의미 있는 결과”라며, “장시간 피부에 밀착되는 제품일수록 성분의 투명성과 안전성 검증이 필수적”이라고 강조했다. 이번 연구는 성균관대학교, 하와이대학교, 충북대학교의 연구진이 참여한 국제 공동연구로, 여성 건강과 소비자 안전 확보 차원에서 공중보건 정책 및 제품 규제 기준 수립에 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다. 연구결과는 환경 위해성 평가와 안전성 연구 분야에서 가장 영향력 있는 학술지 중 하나인 Journal of Hazardous Materials(Impact Factor 12.2)에 게재됐다.
- No. 350
- 2025-09-12
- 6271
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단백질 상분리를 통한 식물 개화 시기 조절 비밀 밝혀
생명과학과 정재훈 교수 연구팀이 식물 세포 내 액체-액체 상분리 (liquid–liquid phase separation, LLPS)가 외부 온도 변화에 따라 섬세하고 가역적으로 조절되며, 이 현상이 식물의 개화 시기를 결정하는 핵심 기전임을 규명하였다. 이번 연구는 서울대학교 화학부 서필준 교수 연구팀(제1저자 이홍길 박사)과 디지스트 뉴바이올로지학과 이종찬 교수 연구팀(제1저자 김진광 박사과정생)과의 공동 연구로 수행되었다. 연구팀은 식물 개화의 핵심 조절자인 GI 단백질이 온도 변화에 따라 가역적인 상분리 현상을 나타낸다는 사실을 발견하였다. 저온(22도)에서는 GI 단백질이 식물 세포 핵 속에서 비활성 응축체(nuclear condensates)를 형성하지만, 고온(28도)에서는 응축체가 해체되고 핵 내에 퍼져(dispersed) 활성화된다. 특히, GI 단백질이 상분리되지 않고 퍼진 상태에서만 개화 억제 전사인자인 SVP와 결합하여 분해를 촉진함으로써, 고온 조건에서 개화를 촉진한다. 또한, 연구팀은 청색광 광수용체 FKF1 단백질이 GI 단백질의 무질서 영역 (intrinsically disordered region, IDR)에 선택적으로 결합해, 고온 특이적으로 GI 응축체를 가역적으로 해체해 활성화시킨다는 사실도 확인했다 (그림 참고). 정재훈 교수 연구팀은 2020년 Nature 논문을 통해 ELF3 단백질 상분리의 온도 조절이 식물 특이적 온도 인지 메커니즘임을 밝힌 데 이어, 이번 연구에서는 기온 변화에 따른 개화 핵심인자의 상분리 조절이 식물 발달을 정밀하게 제어하는 기전임을 증명하였다. 식물학 연구 분야에서 세포 내 상분리 조절을 기반으로 한 식물 생장과 발달의 정밀 제어 기술 개발 가능성을 제시함으로써, 향후 기후 변화 대응을 위한 안정적인 식량 생산과 농업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구는 한국연구재단 (NRF), 농촌진흥청의 지원을 받아 수행되었으며, 식물학 분야 저명 국제학술지 Nature Plants에 7월 4일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: High-temperature-induced FKF1 accumulation promotes flowering through the dispersion of GI and degradation of SVP ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-025-02019-4 ※ 저자: 이홍길 박사 (제1저자, 서울대), 김진광 박사과정생 (제1저자, 디지스트). 박경호 박사과정생 (제1저자, 성균관대 생명과학과), 김솔비 박사 (공동저자, 성균관대 생명과학과), 정재훈 교수 (교신저자, 성균관대 생명과학과), 이종찬 교수 (교신저자, 디지스트), 서필준 (교신저자, 서울대) 그림. FKF1 의존적인 GI 상분리의 가역적인 변화를 통한 식물 개화 시기 조절
- No. 349
- 2025-09-09
- 6236
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AI 기반 오류정정부호 기술로 미래 통신 기술 선도
전자전기공학부 김상효 교수 연구팀(IITP NRC: 성균관대 차세대 채널코딩 전문연구실)이 인공지능(AI)을 활용한 차세대 무선통신 오류정정부호 기술 개발에 성공하며, 6G 및 미래 통신 기술을 선도할 기반을 마련했다. 이번 연구에서 김 교수팀은 대규모 언어 모델의 핵심구조인 트랜스포머 모델을 기반으로, 부호의 구조적 다양성에 주목한 다중 마스킹 어텐션(Multiple-Masks Attention) 기반의 복호기법을 개발했다. 이를 통해 기존의 짧은 블록 길이를 갖는 오류정정부호 복호 성능을 획기적으로 개선하며, 자율주행·산업용 IoT을 위한 초고신뢰저지연 통신 및 AI 기반 무선네트워크(AI-RAN)에의 적용 가능성을 제시했다. 또한, 현재 5G 통신 시스템에서 채택된 LDPC(Low Density Parity Check) 부호를 대상으로, 인공신경망 기반 복호기에 ‘부스팅 학습 기법’을 도입하여 극히 낮은 수준의 오류율을 달성했다. 이는 6G에서 요구되는 ‘초고신뢰성’ 기준을 만족시키는 중요한 성과로, 향후 6G 표준화 및 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 연구성과는 김용준 교수(POSTECH), 곽희열 교수(울산대), 박성준 박사(POSTECH), 노종선 명예교수(서울대)와의 공동연구를 통해 이루어졌으며, 해당 기술은 전자전기공학분야 최상위 학술지 (JCR 상위 1.0%, IF 17.2) IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC)에 각각 4월과 7월 두 차례에 걸쳐 게재되었다. 아울러, 머신러닝/딥러닝 분야 세계 3대 학회 중 하나인 ICLR 2025에서도 교차메시지전달 트랜스포머(CrossMPT) 복호기라는 관련 성과를 발표하며 AI 기반 오류정정 기술의 학술적·기술적 가치를 세계적으로 인정받았다. 김상효 교수는 “AI 기술이 무선통신 분야에도 새로운 패러다임을 제공하고 있다”며 “향후 6G 기술 고도화와 더불어 AI 기반 네트워크, 기계 간, AI 간 통신, 나아가 의미 기반 통신(시맨틱 통신)의 실현에 기여하길 기대한다”고 밝혔다. IITP-NRC 성균관대 차세대 채널코딩 전문연구실은 해당분야 국내 유일의 연구센터로 6G 및 미래 통신을 위한 채널코딩(오류정정부호) 기술을 개발을 위하여 2024년에 설립되었다. (사업기간: 2024-2031) 이번 연구성과는 정보통신기획평가원(IITP)의 네트워크 전문연구실 (NRC): 통신 세대 진화를 위한 채널 부호 부복호 및 채널 추정 기술) 사업과 한국연구재단의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명 1: Multiple-Masks Error Correction Code Transformer for Short Block Codes (2025년 7월 게재) ※ 논문명 2: Boosted Neural Decoders: Achieving Extreme Reliability of LDPC Codes for 6G Networks (2025년 4월 게재) ※ 학술지: IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JCR 전자전기공학분야 상위 1.0%) ▲ IITP-NRC성균관대 차세대채널코딩 전문연구실 IIT-NRC SKKU Next Generation Channel Coding Research Center ▲ 이중마스크를 사용하는 트랜스포머 오류정정 복호기 구조 Architecture of Error Correction Code Transformer with Multiple Masks
- No. 348
- 2025-09-05
- 6468
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세계 최초 ‘전기화학 기반 범용 나노플라스틱 센서’ 개발
바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀(공동 1저자 김치현, 박주형 박사)은 고려대학교 이규도 교수, 한국교통대학교 이원석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 다양한 종류와 크기의 나노플라스틱을 하나의 센서로 정밀하게 측정할 수 있는 세계 최초의 범용 센서를 개발하였다. 나노플라스틱은 해양·토양·수생 생물·인체 등 다양한 환경과 생물권에 침투해 생태계 교란과 인체 건강을 위협하지만, 크기가 수십~수백 나노미터로 매우 작아 기존 필터링이나 광학 장비로는 탐지가 어렵다. 현재 기술 역시 특정 플라스틱의 종류나 형상에 국한되거나, 고가 장비와 복잡한 전처리가 필요해 현장 적용이 제한적이다. 이에 따라, 다양한 종류·크기·형태의 나노플라스틱을 정량적으로 검출할 수 있는 보편적 센서 기술 개발이 절실하다. 이에 연구팀은 도깨비풀이 동물의 털에 씨앗을 붙여 이동하는 자연 현상인 ‘외부전파(epizoochory)’에서 착안해, 나노플라스틱을 단백질로 ‘붙이고’ 다시 ‘떼어내는’ 생물모사 센서 구조를 고안했다. 이 센서는 전극 표면에 기능화된 아밀로이드 올리고머 단백질이 나노플라스틱과 상호작용할 때 발생하는 전기 신호의 변화를 활용해, 나노 수준 입자도 정밀하게 검출할 수 있도록 설계되었다. 특히, 금 나노구조 기반의 미세 돌기 표면을 적용하여 단백질 부착력과 감지 민감도를 극대화함으로써 기존 기술 대비 500배 이상 향상된 검출 민감도(LOD: 0.679 ng/mL)를 확보하였다. 또한 바닷물, 모래 등 다양한 환경 뿐만 아니라, 물벼룩, 날치알, 인체 혈청 등 실제 시료 분석에서도 높은 정밀도와 재현성을 입증하여, 범용 진단 플랫폼으로서의 실효성과 확장 가능성을 확인하였다. 본 연구는 특정 플라스틱에 국한되지 않는 ‘세계 최초 범용 나노플라스틱 전기화학 센서’를 제시함으로써, 다양한 플라스틱에 대하여 고가 장비 없이 빠르고 민감하게 검출할 수 있다는 점에서 의의가 크다. 이를 통해 하고, 수질·토양·식품 안전, 인체 노출 평가 등 다방면의 환경 모니터링 분야에서의 활용이 기대된다. 이번 연구는 과학기술정보통신부(IITP-2025-RS-2023-00258971), 보건복지부(KH140292) 등 정부 부처의 지원과, 한국연구재단(NRF-2023R1A2C2004964, RS-2023-00222737, RS-2024-00460957, RS-2024-00438542, RS-2025-00561260, RS-2025-00554830, RS-2024-00353529) 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 연구의 우수성을 인정받아 환경 공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ 저널(IF: 13.2)에 2025년 6월 27일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Epizoochory-inspired universal nanoplastic sensor ※ 학술지: Chemical Engineering Journal ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165434 자연현상(Epizoochory) 모사 원리를 적용한 전기화학 기반 나노플라스틱 검출 기술
- No. 347
- 2025-09-01
- 9025
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버려지는 이산화탄소를 연료와 원료로 만드는 최첨단 기술
이산화탄소(CO2)는 지구 온난화를 일으키는 대표적인 온실가스이다. 전 세계가 탄소중립을 향해 나아가는 가운데, 단순히 배출을 줄이는 것을 넘어 CO2를 다시 쓸모 있는 연료나 원료로 바꾸는 기술이 주목받고 있다. 이를 CO2 직접 전환(direct CO₂ conversion)이라 부른다. 이번에 소개할 세 편의 논문은 서로 다른 촉매(화학반응을 돕는 물질)를 개발해 CO2를 항공유 등 액상 연료나 화학원료로 만드는 방법을 제시했다. 공통점은 모두 CO2와 수소(H2)를 반응시켜 고부가가치 제품을 만드는 ‘수소화 반응을 이용했다는 점이다. 1. 철–지르코니아 촉매로 ‘긴 사슬’ 액체연료 만들기 첫 번째 연구는 철(Fe)과 지르코니아(ZrO2)를 결합한 촉매로 CO2를 장쇄 탄화수소(C5 이상)로 전환하는 기술이다. 장쇄 탄화수소는 휘발유나 경유 같은 액체연료의 핵심 성분이다. 이 촉매는 반응 조건에서 750시간(한 달 이상) 동안 성능을 유지하며, 세계 최고 수준인 C5+ 수율 26%를 달성했다. 지르코니아는 단순한 지지체 역할을 넘어서, 철 입자의 뭉침을 막고 반응성을 높이며, 전자 구조까지 조절하는 다기능 촉진제로 작용했다. 논문명: High-yield pentanes-plus production via hydrogenation of carbon dioxide: Revealing new roles of zirconia as promoter of iron catalyst with long-term stability 저널명: Journal of Energy Chemistry DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.11.010 2. 코발트–지르코니아 촉매로 메탄 대신 ‘고급 탄화수소’ 생산 두 번째 연구는 코발트(Co)와 지르코니아를 활용해 CO2 수소화 반응에서 흔히 나타나는 ‘메탄 폭주’를 억제하고, 대신 휘발유·등유·경유에 쓰이는 C5+ 이상 탄화수소를 선택적으로 생산하는 방법을 개발했다. 이 촉매는 코발트와 지르코니아 계면에서 CO2를 효과적으로 활성화해 메탄 대신 더 긴 탄화수소 사슬을 만드는 반응 경로를 강화했다. 장기간 반응에서도 안정적으로 작동해, 산업적 적용 가능성이 높다. 논문명: Elucidating the role of ZrO2 in a cobalt catalyst in the direct hydrogenation of CO2 to C5+ hydrocarbons 저널명: Journal of Energy Chemistry DOI: https://doi.org/10.1016/j.jechem.2025.05.004 3. 나트륨–구리–철 촉매로 ‘고급 알코올’ 제조 세 번째 연구는 나트륨(Na), 구리(Cu), Fe를 조합해 CO2를 C2 이상 알코올(에탄올, 프로판올 등)로 바꾸는 기술을 선보였다. 알코올은 연료 첨가제나 화학제품 원료로 활용 가치가 크다. 나트륨이 촉매 표면의 염기성을 높여 CO2 흡착과 C–C 결합 형성을 촉진했고, 촉매의 산소공석 구조가 수소 활성화에 도움을 주었다. 덕분에 높은 선택성과 안정성을 동시에 확보했다. 논문명: Tandem reductive hydroformylation: A mechanism for selective synthesis of straight-chain α-alcohols by CO2 hydrogenation 저널명: Applied Catalysis B: Environmental and Energy DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124978 본 연구는 탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 배출된 CO2를 그대로 쓰레기로 버리지 않고, 연료·원료로 재활용 가능성을 증명했으며, 기존 정유산업과 호환 가능한 액체연료·화학원료 생산이 가능할 것이다. 또한, 장기 안정성, 높은 수율, 선택성 등에서 세계 최고 수준의 성과를 이뤘다. 이번 연구들은 CO2를 ‘골칫거리’에서 ‘자원’으로 바꾸는 미래 기술의 방향을 보여준다. 철, 코발트, 구리 등 비교적 널리 쓰이는 금속을 기반으로 하면서도, 미세한 구조 제어와 전자구조 조절을 통해 반응 효율과 안정성을 극대화했다. 이 성과들은 단순히 실험실 연구에 그치지 않고, 앞으로 정유·석유화학·연료 생산 산업의 판도를 바꿀 수 있는 잠재력을 가진다.
- No. 346
- 2025-08-26
- 7285
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이리듐 대신할 루테늄 산소 발생 촉매, 친환경 수소 생산 돕는다
화학과 이효영 교수 연구팀(제1저자 리우 양, 위슈안 왕)은 탄탈륨과 스트론튬을 도핑하고 인장 변형을 가한 새로운 루테늄 기반 촉매를 개발하였다. 이 촉매는 기존 상용 촉매뿐만 아니라 최근 보고된 최신 연구 성과와 비교해도 우수한 산소 발생 성능을 보여주며, 특히 높은 효율성과 안정성을 동시에 달성하여 이리듐을 대체할 수 있는 가능성을 입증했다. 그린수소를 생산하기 위해서는 물을 전기분해하여 수소와 산소를 분리해야 한다. 수소는 2전자가 관여하는 환원 반응으로 비교적 쉽게 생성되지만, 산소는 4전자가 참여하는 산화 반응이 필요해 반응성이 낮고 전극 안정성도 떨어진다. 이러한 이유로 현재까지는 고효율·고안정성을 동시에 충족시키는 이리듐 촉매의 사용이 불가피했다. 그러나 이리듐은 희소성과 고비용, 낮은 생산량으로 인해 대체 촉매 개발이 시급한 상황이었다. 연구팀은 루테늄을 대안으로 주목했다. 루테늄은 이리듐보다 지각 내 매장량이 풍부하고 가격이 낮다는 장점이 있지만, 전통적인 루테늄 산화물 촉매는 반응 과정에서 격자 산소가 참여해 안정성이 떨어지는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 루테늄과 산소 오비탈의 에너지 준위를 조절하여 격자 산소가 반응에 개입하지 않는 새로운 반응 경로를 설계했다. 인장 변형을 통해 전자 구조를 조정하고, 동시에 탄탈륨과 스트론튬 도핑으로 반응 효율을 크게 향상시킨 것이다. 이번 성과는 물 전기분해에서 가장 큰 병목으로 꼽히던 산소 발생 반응을 효과적으로 개선한 것으로, 루테늄 기반 저비용 촉매의 상용화 가능성을 한층 높였다. 연구팀은 이번 연구가 수전해 기술의 경제성을 향상시키고, 지속 가능한 탄소중립 사회로 전환하는 데 중요한 기여를 할 것으로 기대하고 있다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구-중견연구(NRF−2022R1A2C2093415)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 연구의 우수성을 인정받아 전 분야 세계 최고(MULTIDISCIPLINARY SCIENCES, 10위)의 국제 학술지인 ‘Nature Communications’ 저널(IF:15.7)에 게재되었다. ※ 논문명: Effectiveness of strain and dopants on breaking the activity-stability trade-off of RuO2 acidic oxygen evolution electrocatalysts ※ 학술지: Nature Communications ※ 논문링크: https://doi.org/10.1038/s41467-025-56638-8 루테늄 촉매의 구조 변경 및 금속 도핑을 통해 안정성 개선한 이미지
- No. 345
- 2025-08-19
- 7030
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고용량·고안전성·장수명 수계배터리 원천기술 개발
화학공학부 박호석·조새벽 교수 연구팀이 입체이성질체* 전해질 첨가제를 설계하고, 이를 이용한 고용량·장수명 수계배터리용 기능성 전해질 개발에 성공했다고 밝혔다. * 입체이성질체: 분자의 원자 배열은 같지만, 공간적인 배열이 달라서 서로 다른 물질처럼 작용하는 화합물. 최근 데이터센터와 에너지저장시스템(ESS) 등 대형제품에 적용 가능한 고용량·고안전성·저비용 배터리 연구가 활발하다. 특히 비리튬계 금속 아연은 높은 용량, 풍부한 매장량, 물 기반 전해액에서 증착 가능한 특성으로 수계배터리의 음극 소재로 주목받고 있다. 하지만, 아연 음극은 불균일 증착, 금속 부식, 수소발생에 의한 전지 팽창 문제 등으로 효율이 떨어지고 충방전 사이클 회수가 제한되는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 아연 음극의 가역적인 증착 반응을 유도할 수 있는 전해액과 계면 제어 기술 개발이 필요하다. 연구팀은 자연계에 존재하는 입체이성질체의 특성을 이용해 전해액 첨가제 기술을 개발, 수계배터리 아연 음극의 증착 가역성과 수명을 높였다. * 가역성:물질이 어떤 상태로 변하였다가 다시 원래의 상태로 되돌아갈 수 있는 성질. 유기산의 일종인 부텐디산(butenedioic acid)의 입체이성질체인 푸마르산(fumaric acid)과 말레산(maleic acid)의 서로 다른 전자 분포와 공간 배열을 이용해 개발한 다기능성 첨가제는 전해액의 용매화 구조와 계면 특성을 동시에 제어해 99.9% 이상 쿨롱효율*과 6000 시간 이상 장수명을 달성했다. * 쿨롱효율 : 충전용량대비 방전용량의 비율. 연구팀은 펨토초 레이져 분광학 등을 이용한 고도분석으로 이성질체에 따른 전해액의 용매화 구조와 탈용매화 과정에서의 동역학도 규명했다. 푸마르산은 계면에서 아연 이온을 전달할 수 있는 채널을 형성해 아연 증착 가역성을 향상시켰다. 아연을 증착한 구리 집전체*와 배터리 완전 셀(full cell)**을 제작한 실험에서 현재 최고 수준인 100 mAh/g의 고용량과 1000회 이상의 장수명을 달성했다. 또한, 구리 집전체 만을 이용한 무음극 기술도 구현, 무음극 완전 셀에서도 270회 수명 안정성을 기록했다. **집전체 : 배터리 충·방전 시 전기화학 반응이 일어날 수 있도록 전자를 외부에서 활물질로 전달하거나 활물질에서 내보내는 역할을 하는 얇은 막. **배터리 완전 셀: 음극 혹은 양극 쪽에 아연을 무한히 공급하는 반쪽 셀과는 달리, 양극과 음극의 용량 균형을 맞춰 제한된 아연을 공급하는 실제 상용화된 배터리에 가깝게 설계된 셀. 연구책임자인 박호석 교수는 “이번에 개발한 전해질 첨가제 기술은 다양한 배터리 분야에 적용가능하고, 기존 공정 인프라와도 호환 가능한 경제적·효율적 접근법으로 의미가 크다”라며 “앞으로 리튬인산철 배터리와 소듐이온배터리 수준으로 수계배터리의 에너지밀도를 높일 수 있는 고전압·고용량 양극 후막 기술과 맞춤형 전해질 기술에 대한 연구를 지속할 계획이다”라고 밝혔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구 사업과 미래유망융합파이어니어 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 2025년 7월 10일 국제학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다. (그림1) 자연모방을 통해서 입체이성질체인 트랜스 푸마르산과 시스 말레산의 용매화 구조와 계면 제어에 의한 비가역 반응에 대한 효과를 보여주는 모식도 트랜스 푸마르산 첨가제는 분자간 상호작용에 의한 용매화 구조 변화, SEI 구조 변화, 계면에서의 이온 채널 형성의 다기능성에 의해서 아연 음극에서의 비가역 반응(수소발생반응, 부식반응)과 수지상 성장을 억제하였다. ※ 논문명 : Stereoisomerism of Multi-Functional Electrolyte Additives for Initially Anodeless Aqueous Zinc Metal Batteries ※ 저널명 : Nature Communications ※ DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-025-61382-0
- No. 344
- 2025-08-18
- 6077
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AI 최적화 경제성 고효율 그린수소 생산 수전해 시스템 기술 개발
화학공학부 김정규 교수 연구팀(공동제1저자 박사과정 백운범)은 숙명여자대학교 화학과 김민철 교수(공동제1저자)와의 공동연구를 통해 머신러닝 기법을 통해 수전해 시스템 및 촉매 소재 합성 공정의 핵심 요소를 최적화하는 기술을 개발하고 실험적 검증을 통해 전이금속 단일원자가 도입된 0차원 촉매 소재를 개발하였다. 이를 기반으로, 한국에너지공과대학교 심욱 교수와의 공동연구를 통해 프로톤 교환막 수전해 시스템을 구현하여 실제 장시간 구동 가능한 고효율 청정수소 생산 기술 개발에 성공하였다. 전 세계적으로 온실가스 배출량 감소를 위해 화석연료의 의존도를 줄이고자 청정 에너지운반체인 수소를 재생에너지와 연계한 수전해 시스템을 통해 생산하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존의 계산과학을 통해 촉매 활성 금속 원소 및 담지체의 종류, 함량 등 촉매 소재 합성 과정에서의 변수뿐만 아니라 전해질의 산성도, 온도, 전도체의 종류 등 서로 상관관계를 가지는 수전해 시스템의 핵심 요소들을 최적화하는 기법은 비용적인 부담이 높아 시스템 모델을 과도하게 단순화하여 예측된 최적화 요소가 실제 시스템으로 구현되는 것에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 베이지안 유전알고리즘(Bayesian genetic algorithm, BGA)과 Naïve Bayes 활용한 머신러닝 기법을 통해 촉매 소재 및 수전해 시스템 핵심 요소 최적화 기술을 개발하고 이를 실험적으로 구현하여 양성자 교환막 기반 수전해(Proton exchange membrane water electrolysis, PEMWE) 고효율 그린수소 생산 기술을 구현하였다. 사전 정보가 제한된 다변수 최적화 문제에 강점을 지닌 BGA와 최적화 수렴 속도 향상을 이끌 수 있는 Naïve Bayes 분류기를 활용한 학습 모델은 촉매 성능 및 시스템 효율에 영향을 미칠 수 있는 여러 핵심인자들을 입력 변수들을 바탕으로 최적화 가능한 기술로 촉매 및 시스템 디자인에 필요한 비용을 획기적으로 줄일 수 있다는 장점을 가진다. 연구팀은 최적화된 조건을 바탕으로 151 mV의 과전압을 가지는 전이금속 니켈(Ni) 단일원자가 도입된 5 nm 미만 크기의 0차원 탄소 양자점(Carbon quantum dots, CQDs) 촉매 소재를 개발하고 이를 PEMWE 시스템에 적용하여 100시간 이상 구동 가능한 그린수소 생산 시스템 구현에 성공하였다. 이번 연구는 전이금속 원소를 활용한 촉매 소재 개발 및 수전해 시스템으로의 구현을 위해 필요한 핵심 요소 최적화 공정을 BGA 기반 머신러닝 기법을 활용하여 획기적으로 비용을 절감할 뿐만 아니라, 이를 실험적으로 검증 및 수전해 장치로의 구현을 통해 머신러닝 기반 데이터 예측과 실험 검증 단계를 결합 및 가속화하여 효율적인 수전해 그린수소 생산 모델 개발에 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, ERC(공학 성도연구센터)사업, 신진연구자 인프라지원사업 등의 국책사업의 지원을 받아 수행되었으며, 첨단 소재 및 에너지 기술 분야의 저명한 국제 학술지인 'Carbon Energy' 저널(IF:24.2) 에 2025년 7월 표지논문으로 선정되었다. * Machine-Learning-Assisted Design and Optimization of Single-Atom Transition Metal-Incorporated Carbon Quantum Dot Catalysts for Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction (저널: Carbon Energy, DOI: https://doi.org/10.1002/cey2.70006) 베이지안 유전 알고리즘 및 촉매 소재 합성 모식도 Ni 단일원자가 도입된 탄소 양자점 합성 기술 개발 PEMWE 연계 고활성 그린수소 생산 시스템 구현 Carbon Energy 저널 2025년 7월 표지논문으로 선정
- No. 343
- 2025-08-13
- 5811
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1인 가구가 전력, 온수 더 쓴다
2050 탄소중립 실현을 위한 전 지구적 노력이 본격화된 가운데, 건물부문은 전 세계 온실가스 배출량의 약 30~40%를 차지한다. 건물부문의 탄소배출은 우리 일상생활과 직접적으로 연관되어 EU를 비롯한 탄소중립의 선진국에서 가장 중점을 두고 감축정책을 추진하는 분야이다. 우리나라 역시 건물부문은 전체 온실가스 배출량의 약 24%를 차지하며, 특히 주거용 건물이 차지하는 비중이 점점 높아지고 있다. 그 중에서도 주목할 변화는 1인가구의 급증이다. 2023년 기준 국내 전체 가구의 35.5%가 1인 가구이며, 2040년에는 절반 가까이 될 것이라는 전망도 나온다. 이 흐름은 한국만의 현상이 아니다. 스웨덴, 독일, 프랑스, 일본 등 주요 선진국의 1인 가구 비율은 전체 가구의 30~50%를 차지하며, 스웨덴 스톡홀름의 경우, 1인 가구 비율은 50%를 넘어 세계 최고 수준이다. 이러한 1인가구의 증가가 최근 건물부문의 에너지 소비, 탄소배출의 증가의 원인이라는 결과를 제시해 전 세계적으로 주목을 받고 있는 연구결과가 있다. 우리 대학 건설환경공학부 송두삼 교수 연구팀은 대규모 실측기반 연구를 통해 국내 1인 가구의 실제 에너지 소비 특성과 구조적 낭비 원인을 규명하는 연구결과를 제시하였다. 1인 가구, 에너지 사용량 ‘다인가구의 두 배 이상’ 연구팀은 서울 도심의 실제 주거 가구 518세대를 대상으로 난방, 전력, 온수 사용량을 시간 단위로 1년간 추적했다. AI 기반 알고리즘으로 거주자의 ‘실제 재실 여부’를 자동 탐지하는 방식으로, 단순 사용량이 아닌 행태 기반 에너지 소비 특성을 정밀 분석했다. 그 결과, 1인 가구의 1인당 에너지 소비량은 다인가구에 비해 현저히 많았다. <대규모 실측 데이터를 활용한 1인 가구와 다인가구(2~4인)의 건물에너지소비량 비교> 난방에너지: 2.69배, 전력: 1.66배, 온수: 1.55배 특히 난방에너지 소비량의 경우, 외출 중에도 난방기를 계속 가동하는 습관이 가장 큰 원인으로 지적됐다. 예컨대 직장인(대학생) 1인 가구는 하루 중 대부분의 시간을 집 밖에서 보내면서도 하루 난방 에너지의 43.6%를 외출 중에 소비하는 것으로 나타났다. 1인 가구는 4인 가족용 집에 살고 있다 그렇다면 왜 혼자 사는 사람이 더 많은 에너지를 쓰는 걸까?핵심 원인은 바로 ‘구조’에 있다. 대부분의 주택은 여전히 4인 가구를 기준으로 설계되어 있으며, 이에 맞춰 난방·전기·급탕 설비가 설치된다. 그러나 1인 가구는 공간과 설비를 타인과 공유하지 않기 때문에, 전기를 끄고 나가도 대기전력이 남고, 온수는 혼자 쓰기엔 너무 많은 양이 예열된다. ‘규모의 경제’가 작동하지 않는 구조적 한계로 인해, 1인 가구는 같은 에너지 효율을 달성하기 위해 더 많은 에너지를 소비할 수밖에 없는 것이다. 재실자의 생활 패턴에 따른 맞춤형 설비 필요 1인 가구라고 해서 모두 같은 방식으로 에너지를 쓰는 것도 아니다. - 직장인 1인 가구는 집에 없는 동안에도 난방기를 켜두는 비율이 높아 낭비가 심했다. - 반면 퇴직자·시니어 가구는 집에 머무는 시간이 많지만 외출 시엔 난방기를 끄는 습관을 보여 상대적으로 에너지 소비량이 적었다. 이는 단순한 절약 캠페인보다는 거주자의 생활 패턴에 맞춘 자동 제어 기술이나 에너지 맞춤형 설비 설계 기준이 필요함을 시사한다. 주거 설계·정책 패러다임의 대전환 필요 송두삼 교수는 “이번 연구는 지금까지 추정하거나 간과되던 1인 가구의 에너지 소비 문제를, 객관적인 실측 데이터와 알고리즘 분석을 통해 구체적으로 밝힌 첫 사례”라고 강조한다. 그는 “탄소중립 달성을 위해서는 1인 가구를 위한 건축 설계, 냉난방/급탕/가전 설비 및 스마트 제어 기술 개발 등 새로운 전략이 시급히 마련돼야 한다”고 지적했다. 1인 가구는 더 이상 특별한 예외가 아니라 글로벌 주거 구조의 보편적 흐름이며, 이들을 위한 맞춤형 설계와 정책 없이는 건물 부문 온실가스 감축도 한계에 부딪힐 수밖에 없다. 이번 연구는 국토교통부와 국토안전관리원의 지원을 받아 수행되었으며, 세계적 권위의 에너지 분야 국제학술지 Renewable and Sustainable Energy Reviews (IF 16.3)에 2025년 2월 게재되었다. ※ 논문명: Unveiling energy inefficiencies: A study on building energy consumption in single-person households ※ 저자: 심지수 박사(제1저자), 송두삼 교수(교신저자) ※ DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2025.115546
- No. 342
- 2025-08-07
- 6913
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산화물반도체 전자기장 증폭 빛에서 화학에너지로 전환하는 플라즈모닉 기술 개발
화학공학부 김정규 교수 연구팀은 부산대 김지희 교수, 성균관대 권석준 교수 연구팀과 공동연구를 통해, 금속산화물 반도체 전극 소재에 고도화된 플라즈모닉 나노구조체를 도입함으로서 전자기장 증폭을 유도하여 광수확 효율(light harvesting efficiency)을 개선시키고 전하의 재결합(charge recombination)을 크게 억제하여 태양광에너지에서 전기화학에너지로의 차세대 에너지전환 기술을 개발하였다. 김정규 교수 연구팀(제1저자 노승훈 석박통합과정)은 공동연구팀(부산대 김지희 교수, 성균관대 권석준 교수)과 함께 태양광에 반응하여 전자기장을 증폭시키는 참신한 플라즈모닉 구조체를 개발하여 광전극 소재의 산화 성능을 효과적으로 활성화하는 기술을 개발했다. 특히, 전자기장 증폭을 통한 광전압을 극대화함으로써 광전기화학적(Photoelectrochemical, PEC) 글리세롤 산화 반응의 활성화를 통해 고부가가치 화합물을 생산하는 촉매 기술을 제시하였다. 제로탄소, 친환경 대체연료로써 그린 수소를 생산하는 수전해 기술은 산화 전극에서의 낮은 활성도로 인해 전체 수전해 성능이 저해되는 이유로, 수전해 기술 실용화를 위해서는 산화 전극의 성능을 개선하는 기술의 개발이 필수적인 상황이다. 이에, 효율적인 산화 전극 구동을 위해 태양에너지를 활용하는 PEC반응을 도입하는 시도가 이어지고 있으나, PEC반응에 주로 활용되는 전이금속 기반의 광전극 소재의 낮은 전기적 특성과 아쉬운 표면 산화 반응 활성도로 인해 여전히 산화 전극 성능 개선에 어려움이 있는 상황이다. 이에 연구팀은 PEC가 태양에너지에 의해 구동된다는 점에 착안하여, 태양에너지로 구동 가능한 플라즈모닉 구조체를 도입함으로써 상승작용을 일으켜 효과적인 산화 전극의 반응을 개선함과 동시에 태양에너지의 화학에너지 전환을 실현하였다. 연구팀은 광전극 소재 내부에 형성된 전자기장이 성능과 밀접한 연관을 갖는것을 활용해, 클러스터-내부 및 클러스터-클러스터 상호작용으로 전자기장의 증폭을 유도하는 참신한 플라즈모닉 구조체를 설계하였다. 특히, 약 5 nm 두께의 절연층으로 플라즈모닉 구조체를 감싸, 증폭된 전자기장의 에너지를 광전극으로 전달하는 메커니즘을 활용하여 광전극 소재의 전하 수송 효율을 개선시키고 광전압을 극대화 시켰으며 표면 전하 전달 성능을 향상시켰다. 이에따라, 개발된 광전극 촉매(c-Au/BVO)는 개선된 물 산화 성능은 물론, 고활성의 글리세롤 산화 반응을 보여 고부가가치 화합물을 생산 하였다. 연구팀은 순간 흡수 분광법(Transient absorption spectroscopy), 켈빈 프로브 힘 현미경(Kelvin probe force microscopy), 실시간 감쇠전반사-퓨리에 변환 적외선 분광법 분석을 통해 플라즈모닉 구조체 도입에 따른 광생성 전하의 거동을 규명하고 이에 따른 산화 반응 개선 메커니즘을 제시하였다. 이번 연구는 수전해 기술 실용화의 큰 난관인 산화반응의 효과적인 개선과 동시에 바이오디젤 산업의 경제성을 높일 수 있는 태양에너지-화학에너지 전환 기술을 제시함으로써, 지속가능한 탄소 중립 사회로의 전환에 크게 기여할 것으로 기대된다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구-중견연구(NRF-2022R1A2C1011559), 집단연구지원사업-선도연구센터(RS-2024-00405818)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 연구의 우수성을 인정받아 환경공학 분야 세계 최고(상위1%)의 국제 학술지인 ‘Applied Catalysis B: Environment and Energy’ 저널(IF:21.1) 에 2025년 6월 16일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Plasmon Induced Field Amplification for Enhancing Photoelectrochemical Oxidative Valorization ※ 학술지: Applied Catalysis B: Environment and Energy ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2025.125600 전자기장을 증폭하는 플라즈모닉 구조체 도입을 통한 고활성 태양광-화학에너지 전환 기술 태양광 유도 전자기장을 증폭시키는 플라즈모닉 구조체를 도입한 산화물 반도체 전극 구현 빛 에너지 유도 전자기장을 플라즈모닉 구조체가 증폭시켜 광-전기화학 에너지변환 성능 개선 (공동교신저자) 성균관대학교 화학공학부 권석준 교수 (제1저자) 성균관대 화학공학과 석박통합과정 노승훈
- No. 341
- 2025-07-31
- 5916
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규칙적인 가벼운 음주와 당뇨 발생과의 관계: 성균관대-하버드대 공동연구
식품생명공학과 허진희 교수는 하버드대학교 보건대학원과의 공동연구를 통해, 가벼운 또는 적당한 음주*가 제2형 당뇨 발생 위험을 낮출 수 있다는 결과를 발표했다. 이번 연구는 미국의 간호사건강연구 I, II 및 보건의료인추적연구에 참여한 약 20만 명의 성인 남녀를 최장 40년간 추적 관찰한 대규모 역학근거에 기반한다. * 알코올 섭취량 15 g/일 미만 (여성), 30 g/일 미만 (남성) 과도한 음주는 암, 간질환, 정신질환, 사고 위험 등을 높이는 것으로 명확히 알려져 있으나, 소량 음주에 따른 건강 효과, 특히 제2형 당뇨 발생과의 연관성에 대해서는 지금까지 일관되지 않은 연구 결과가 보고되어 왔다. 특히 음주패턴에 따른 당뇨 발생 위험은 충분히 연구되지 않아 학계 내 오랜 논쟁이 지속되어 왔다. 이에 연구팀은 음주량뿐 아니라 음주빈도, 주종, 식사와의 곁들임 여부 등 다양한 음주패턴과 제2형 당뇨 발생 위험 간의 복합적 연관성을 다각도로 분석하였다. 본 연구의 교신저자인 허진희 교수는 “이번 연구에서는 규칙적인 가벼운 음주가 남녀 모두에서 제2형 당뇨 발생 위험을 유의하게 낮추는 것으로 관찰되었지만, 이러한 결과가 당뇨 예방을 위해 음주를 시작하거나 권고하는 근거가 되어서는 안 된다”고 강조하며, “알코올이 미치는 다양한 신체적·정신적 유해성을 고려할 때, 매우 절제된 해석과 접근이 필요하다”고 덧붙였다. 본 연구는 미국 국립보건원과 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 의학 분야 국제 저명 학술지인 Diabetes Care (impact factor: 16.6) 2025년 7월호에 게재되었다. 특히 음주량, 음주빈도와 제2형 당뇨 발생 간의 복잡한 상호작용을 다각적 측면에서 정교하게 분석한 점이 높이 평가되어, 세계적 석학들로부터 invited commentary를 받으며 학술적 탁월성 또한 인정받았다. - 논문명: Alcohol intake, drinking pattern, and risk of type 2 diabetes in three prospective cohorts of U.S. women and men - 저널명: Diabetes Care (IF: 16.6, top 2.9% in endocrinology & metabolism) - DOI: https://doi.org/10.2337/dc24-1902
- No. 340
- 2025-07-25
- 9251
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천연 재료 기반 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발
성균나노과학기술원 전일 교수 연구팀은 천연 재료를 기반으로 한 고효율 페로브스카이트 태양전지를 꾸준하게 개발해왔다. 세계적 에너지 소재 분야 학술지인 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)에 이어 어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)에 지난 9일 새로운 연구 결과가 게재됐다. 전일 교수 연구팀은 지금까지 페로브스카이트 태양전지 분야에서 바이오 및 천연 소재 기반 첨가제 연구를 선도해 왔으며, 이어서 드물게 다뤄졌던 셀룰로스 계열 소재의 가능성을 탐색했다.(Adv. Mater. DOI:10.1002/adma.20241032) 이를 위해 설탕을 활용한 기존 중국 연구를 재현하려 했지만, 강한 수소결합(H-bonding)으로 인해 결정성 향상 효과가 나타나지 않았다. 그러나 실험 중 설탕에 열을 가해 카라멜화시키는 과정에서 오히려 결정성 향상에 긍정적인 영향을 주는 현상을 발견했고, 이를 계기로 셀룰로스 계열 천연 첨가제의 실질적인 활용 가능성을 열게 되었다. 이번에는 천연 유래 소재인 수크로스를 열분해하여 형성되는 캐러멜화 유도체(caramelized sucrose derivatives)를 태양전지의 첨가제로 활용했다. 수크로스는 일종의 비정제된 설탕으로 사탕수수 또는 사탕무로부터 추출된 천연 물질이다. 정제 및 재결정한 수크로스는 강한 수소 결합으로 인해 성능 저하가 나타났지만, 220℃에서 캐러멜화된 수크로스는 다량 Humin 생성으로 인해 광활성물질인 페로브스카이트의 결정 성장을 도와 결함을 줄이고 전하 이동을 개선함으로써 뛰어난 성능을 보였다. 그 결과, 해당 페로브스카이트 태양전지는 천연 첨가제를 사용한 사례 중 최고 수준인 25.26%(공인 인증 25.07%)의 전력 변환 효율(PCE)을 달성했다. 또한 1,000시간 연속 광 조사 이후에도 초기 효율의 80% 이상을 유지해 탁월한 장기 안정성을 입증했다. 공인 인증은 대구테크노파크(DGTP)에서 받았다. 전일 교수는 “생물학적 유래 소재 활용에 대한 선례를 확립한 의미 있는 연구”라며, “지속 가능한 친환경 기술로서 향후 차세대 광전변환소자 및 디스플레이 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 일본 JSPS KAKENHI의 지원을 받아 수행되었으며, 실험 장비는 SAINT-MBraun Application Laboratory와 MBraun Co. Ltd.의 Glove box를 활용했다. ※ 논문명: Natural and Nature-Inspired Biomaterial Additives for Metal Halide Perovskite Optoelectronics ※ 학술지: Advanced Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adma.202410327 ※ 논문명: A Sweeter Solution: Caramelized Sucrose Additives Render Eco-Friendly and High-Performance Perovskite Solar Cells ※ 학술지: Advanced Energy Materials ※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/aenm.202501911 캐러멜화된 수크로스를 첨가제로 사용한 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발
- No. 339
- 2025-07-21
- 7367
