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<인터뷰 원문>

 

진행 : 디일렉 한주엽 대표 디일렉 이수환 전문기자

출연 : 연세대학교 이우영 교수님

 

-오늘 저희는 킨텍스 전시관에 나와 있습니다. 오늘부터 7월 7일까지 3일간 개최되는 『나노코리아 2023』 현장입니다. 나노코리아2023은 각종 분야의 나노기술에 관한 기업과 학계의 연구 결과물 혹은 상용화 결과물을 볼 수 있는 자리입니다. 저희가 오늘과 내일 양일에 걸쳐서 정부 포상을 받은 우수한 나노 기술 연구자와 기업 관계자를 모셔서 라이브로 인터뷰 하는 시간을 갖게 됐습니다. 오늘 첫 번째로 저희가 과거에 인터뷰한 적이 있는데, 연세대학교 이우영 교수님을 모셨습니다. 이번에 국무총리상 1등 상 받으셨는데요. 어떤 내용인지 들어보도록 하겠습니다. 교수님 안녕하십니까.

“안녕하세요. 이우영입니다.”

-오랜만에 뵙습니다.

“1년 딱 된 것 같습니다.”

-그 정도 된 것 같아요. 그때 제가 인터뷰하면서 교수님이 그전에도 상도 많이 받으시고 하셨지만, 좋은 결과가 있을 것 같다라고 했는데 역시 이번에 수상을 하셨네요.

“대표님이 예측하셨나 봐요.”

-이번에 수상 내용을 보니까 ‘다양한 나노 구조체를 이용해 수소전기차 및 이차전지 열폭주와 날숨 진단에 활용되는 고감도·고신뢰성 수소 센서를 개발함’이라고 돼있는데, 지난번에 저희가 여러가지 말씀드렸지만, 오늘 다시 한 번 소개하는 시간을 갖도록 하죠. 교수님이 개발한 수소 센서는 어떤 원리로 수소의 누설을 감지를 하게 되는 건가요?

 

연세대학교 이우영 교수님이 개발한 수소 누설 감지 센서의 원리는?-

 

“제가 수소 센서를 한 20년쯤 연구를 해서 사실은 측정 원리도 굉장히 다양한데. 아마 작년에 저희가 국가핵심소재연구단을 발족을 하고, 그래서 디일렉에서 인터뷰를 할 때는 제가 했던 건 산화물 반도체를 이용해서 가스를 읽는 거고 산화물 반도체가 나노 구조가 되면 가스에 굉장히 민감하게 표면의 특성들이 변합니다. 그래서 거기의 전기 신호를 저희가 읽어서 수소가 있는지, 없는지를 감지하고, 원래 국가핵심소재연구단의 출범 취지는 우리나라 수소전기차의 폭발을 막기 위해서 시작을 했었죠. 근데 작년 연말 기준으로 수소전기차와 전기차가 너무나 대비가 됐어요. 현대차가 수소차 만드는 데 있어서 세계 1등 기업인데, 그게 전기차 쪽으로 무게 중심이 옮겨와서 조금 더 상용화되는 데는 시간이 걸릴 것 같고, 그래서 저희가 그 외에 하는 게 사실은 전기차의 가장 두려운 일은 배터리가 폭발하는 일입니다.”

-맞아요. 열폭주죠.

“그래서 그 열폭주를 막는 첫 번째 symptom(조짐) 수소에요. 그래서 제가 가지고 있는 수소 센서는 이 ppm 레벨로 읽을 수 있어서 만약에 전해질의 과열로 수소가 나오면 제일 먼저 symptom(조짐)을 읽어서 온도를 낮추거나 하는데에 지금 응용을 하려고 준비를 하고 있습니다.”

-그러면 불이 나기 전에 전조현상으로 수소가 조금씩 새어나온다라는거잖아요?

“그렇죠. 근데 사실은 그와 유사한 산업응용분야가 있는데, 그중에 대표적인 게 변압기예요. 변압기 폭발도 실제로 절연유에서 수소가 제일 먼저 나옵니다. 근데 이게 시간이 지나면 나중에 폭발하게 되죠. 근데 아주 드문 현상이지만, 한 번 폭발을 하고 나면 이게 경제적 손실과 국민들이 굉장히 불안감을 갖게 되는 이유이거든요. 그래서 그걸 응용하려고 굉장히 해왔었고 그래서 변압기 그다음에 전기차. 그다음에 날숨이라고도 표시해 놓은 건 뭐냐 하면 우리 몸에서 장에 문제가 생기면 제일 먼저 수소가 나와요.”

-인체에서도요?

“그래서 제가 지금 세브란스 병원하고도 같이 공동 연구를 하고 있는데, 장 안에 유해균과 유익균이 있는데. 유해균이 득세를 하면 제일 먼저 수소가 나오는데 일반적으로는 건강한 사람이 1ppm이 나와요. 근데 건강하지 않은 사람은 50ppm이 나와요. 그러니까 완전히 다르죠. 그래서 저희는 ppm 레벨로 읽기 때문에 충분히 이 사람의 장의 상태가 어떻다는 걸 알 수 있는거죠.”

-숨만으로도.

“그래서 사실은 그걸 상용화하려고 저는 창업 준비를 하고 있고 연말쯤에는 연세대학교 기술지주회사로 저희 회사가 아마 창립이 되지 않을까 생각을 하고 있습니다.”

-교수님. 기존에도 수소 누설 모니터링 제품들이 조금 있는 걸로 알고 있는데. 교수님의 연구결과물하고 기존에 나와 있던 거 하고의 큰 차별점들이 있습니까?

 

이우영 교수님이 개발한 수소 누설 감지 센서의 특장점은?-

 

“기존에 있던 것들은, 물론 거의 수소 센서의 역사를 지금 보면 대충 한 60년쯤 잡고 있는데. 연구자들마다 다 독특한 방법으로 만들죠. 그래서 상용화가 된 것도 있고, 상용화가 되지 않고 연구로 끝나는 것도 있는데. 제가 가지고 있었던 건, 저는 금요일날 이번에 초청 강의를 할 때는 아주 심플한 아이디어를 가지고 했어요. 사실은 이게 아직 특허도 한 20개쯤 돼서 포트폴리오도 만들어 놨는데 이게 아직 상용화가 안 됐는데, 저희 대학원생 중에 한명이 아주 심플한 아이디어를 냈어요. 어떤 거냐면 팔라듐(Pd)은 수소를 가장 잘 먹는 금속이에요. 그래서 수소저장합금으로 쓰기도 하고 수소 센서로도 쓸 수 있는데. 팔라듐(Pd) 금속 안에 수소가 들어오면 전기 전도도가 바뀝니다. 그래서 그동안에는 사람들이 그것들을 얇은 박막으로 만들어서 수소가 들어와서 전기의 특성을 읽는 연구를 했는데. 한 10년 전에 제 학생이 그걸 실리콘 그런 딱딱한 기판에 올리지 말고 고무기판에 올리면 팔라듐(Pd)이 크랙(갈라진 틈)이 생깁니다. 원래 크랙은 재료를 만드는 데 있어서 아주 안 좋은 현상이죠. 근데 그 크랙이 일종의 ‘나노 갭(Nano Gap)’ 역할을 해요. 그래서 팔라듐(Pd)과 팔라듐(Pd) 사이의 빈 공간을 수소가 들어오면 얘네들이 팽창을 하거든요. 금속을 먹고 이렇게 마치 스펀지가 늘어나듯이 늘어나서 붙게 되면 전기 신호가 오고, 수소가 없으면 떨어지고. 이거를 이용한 게 사실 이번에 제가 금요일 날 발표를 하게 되죠. 그거에 가장 중요한 건 상온에서 작동한다는 거죠.”

-상온에서요?

“기존의 산화물 반도체는 센서티비티(감도)가 1ppm을 읽을 수는 있지만, 온도를 한 300도쯤 올려야 얘가 작동을 하게 됩니다.”

-고온에서 작동된다고 말씀하셨었죠.

“그런데 저희 고무기판에 만든 거는 상온에서 할 수 있다는 걸 보게 됐고, 저희가 현대차와 공동으로 개발한 거는 영하 40도에서도 센서가 작동한다는 걸 확인을 했습니다. 아마 산화물 반도체로 하는 것들은 아주 낮은 농도를 정확히 읽는 것. 그다음에 지금 저희가 고무기판에다 한 거는 상온에서도 읽고, 그다음에 얘네들을 그냥 폴리머 위에다가 증착을 하려고 했더니 마치 롤투롤로 만들어서 대량 생산이 되고. 그래서 앞으로 수소경제 시대가 본격화 되고 수소전기차가 많이 생긴다면 그냥 수소충전소에다가 많이 붙여놓을 수 있게 될거라고 생각을 하고 있습니다.”

-아까 개인적인 사업화를 말씀하셨는데. 그거 말고 이걸로 지금 다른 데 기술이전을 시켰다거나 이런 사례가 있습니까?

“그게 대표적으로 아모텍이라고 하는 AMO그룹이 있죠.”

-AMO그룹이 있죠.

“아모텍, 아모그린텍, 아모센스라고 하는 500억원 쯤 하는 자동차 전문 부품 기업인데. 거기에 저희 기술이 7억원에 기술이전이 됐고. 자동차용으로 지금 계속 개발하는 것이 작년에 제가 한국연구재단에서 수주한 국가핵심소재연구단의 핵심 내용입니다. 그래서 그 연구를 하면서, 그게 원래 5년짜리 프로젝트인데 지금 수소차가 빠른 속도로 시장화가 안 될 수도 있어서 이차전지 폭발에 관련한 연구를 시작을 했고, 얘네들이 어느 때 가장 정확하게 열폭주를 막을 수 있을지 그 모니터링을 하고 있고. 그다음에 ‘한국화학융합시험연구원’하고 저희가 지금 공동연구를 하고 있는데, 거기는 정말 배터리 팩을 큰 방폭 벽 안에 넣고 실제로 온도를 올려서 터트립니다. 근데 이게 어마어마한 폭발력이에요. 앞으로 사실 이차전지의 용량이 늘어난다는 것은 폭발의 위험이 훨씬 커지고 폭발이 됐을 경우 그 피해가 커진다는 의미거든요. 그래서 안전 문제에 응용을 하기 위해서 하고 있고 이것도 아마 아모센스랑 만약에 공동 개발하거나 안그러면 한국화학융합시험연구원하고 같이 해보려고 생각을 하고 있습니다.”

-이 센서는 만약에 전기차에 탑재가 된다고 그러면 어떤 한 부위만 탑재되는 게 아니고 여러 부위에 탑재가 돼야 디텍팅이 훨씬 더 잘 될까요?

 

수소 누설을 가장 효과적으로 감지할 수 있는 방법은?-

 

“원래 수소전기차는 수소탱크와 실제로 스택까지 가는 그 중간에 해서 보통 3개 내지 4개를 답니다. 그다음에 아마 상용트럭같은데는 한 6개 쯤 달거든요. 그래서 여러 군데에 만약에 누출되는 걸 발견해서 바로 조치를 취할 수 있도록 그렇게 하고 있죠.”

-누출이 돼서 만약에 폭주가 일어날 것 같다라고 하면 뭔가 경고를 줘서 사람이 탈출할 수 있는 시간을 벌어준다는 거죠?

“제일 먼저는 실제로 디텍션이 되면 가장 쉬운 방법은 온도를 낮추는 방법이거든요. 그래서 Co2 퍼징을 해서 온도를 낮추거나, 안그러면 전기적으로 셧다운시키거나 더 이상 전기 폭발이 안 일어나게끔 하는 방법을 쓰게 됩니다. 그래서 그쪽의 연구도 사실 우리나라는 아직까지 대학에서는 그렇게 연구가 많이 안 됐고요. 그래서 본격적으로 시작을 해서 이차전지 시장이 워낙 커지고 있으니까 그쪽에 관련한 연구를 계속하려고 생각을 하고 있습니다.”

-이 센서는 만약에 대량 생산화를 해야 된다면 어디서 어떻게 만들어야 됩니까?

“현재 저희가 산화물 반도체는 6인치 웨이퍼에 산화물 반도체를 증착해서 만들고 있어서 원래 대학교 실험실에서 하는 수준은 보통 이 손톱만 한 반도체 실리콘 위에다 하는데. 웨이퍼 스케일로 해서 대량 생산을 하려고 생각을 하고 있습니다. 그래서 현재 이 작은 제조사하고 같이 웨이퍼 스케일로 하는 걸로 해야, 지금 그거를 이차전지 열폭주에 쓰거나 안 그러면 우리 신체에서 나오는 수소를 읽거나 할 수 있을 거라고 생각을 하고 있습니다.”

-라인을 까시거나 어디에 파운드리를 맡기시거나 이래야 될 것 같은데요?

“현재는 저희가 웨이퍼 스케일로 된다고 하면 아마 그걸 대량 생산해 줄 기업을 찾아서 그쪽에서는 만들어 주고, 저는 최종적으로 제품을 만드는데 이 원천기술과 그다음에 특히 나중에 모듈로 만드는 그 기술까지 같이 가야 된다고 생각을 하고 있습니다.”

-혹시 그런 쪽으로 현재 협력하고 있는 기업이라든지 있습니까?

“저희랑 지금 국가핵심소재연구단의 MEMS라고 하는 회사가 들어와 있거든요. 그 회사에서 일단은 그쪽 관련한 웨이퍼 스케일로도 만들고 계속 그 일을 진행을 하고 있습니다.”

-그게 그럼 단가는 지금은 추정하기는 어렵죠?

“지금 기존에 있는 상용화된 수소차에 들어가는 센서가 지금 한 3만원쯤 하거든요.”

-센서 하나에 3만원이요?

“근데 그게 20년 전에 제가 현대차의 의뢰를 받았을 때 일본 센서를 사다가 달았을 때 하나에 100만원이었어요. 근데 시간이 지나서 지금은 한 3만원쯤에 만들어야 되는데. 이게 만약에 몇십만대~몇백만대가 되면 훨씬 더 가격도 싸지겠죠.”

-배터리 팩에는 여러 개가 달려야 될 것 같은데요?

“그것도 사실은 앞으로 디자인을 계속 좀 해야 될 것 같아요. 예컨대 파우치에 하나만 다는 게 아니고 셀마다 달거나 아니면 대표 셀에 달아서 하는 방법도 굉장히 중요한 것이고, 거기에 관련한 특허들도 좀 미리 준비하고 개발을 해야 되지 않을까 생각을 하고 있습니다.”

-창업을 연말에 하신다고요?

“지금 학교에서도 지원을 받았고, 정부에서 창업을 지원하는 펀드가 있어서, 아마 10월쯤에는 일을 시작하게 되지 않을까 생각을 하고 있습니다.”

-저희도 투자하고 싶네요.

“알겠습니다. 적당한 시점에 제가 대표님께 연락을 드리겠습니다.”

-교수님 오늘 나와주셔서 말씀 감사드리고 국무총리상 축하드립니다.

“감사합니다. 또 다시 1년 만에 인터뷰를 하게 됐고. 인터뷰 내용들이 많은 사람들이 보고 수소 센서에 대해서 관심을 가지고 지켜봐주면 좋을 것 같습니다.”

-감사합니다.

“감사합니다.”

정리_송윤섭 PD songyunseob@thelec.kr

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