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    • 김기현 교수
      친환경 신소재로 대기오염 물질 감지 및 제어
      김기현 교수(한양대학교 건설환경공학과)
      이메일:kkim61 at hanyang.ac.kr
      장소:한양대학교 재성토목관 613호
      810 0 1

    안녕하세요. 메이트릭 회원 여러분!
    요즘처럼 더운 여름철엔 미세먼지 농도에 더욱 민감해지기 마련인데요.  점점 미세먼지 경보 발령이 잦아지고 있어 불만의 목소리가 높아지고 있습니다.  최근 국내 연구진으로부터 대기오염물질을 감지할 수 있는 신소재와 제거기술의 개발과 관련한 여러 가지 소식이 들려오고 있는데요. 오늘 만나 보시게 될 김기현 (한양대학교 건설환경공학과) 교수님도 이 같은 공로를 인정받아 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 과학기술인상 6월 수상자로 선정되어 화제가 되고 있습니다. 그럼 교수님을 직접 찾아뵙고 자세한 이야기 나눠보도록 하겠습니다.




    1. 현재하고 계시는 연구 및 대기 환경 & 대기오염 관리 연구실에 대한 간략한 소개 말씀 부탁드리겠습니다.

    대기 중에 여러 가지 해로운 물질들이 존재하는데 우리가 주로 연구하는 것은 특히 휘발성 유기화합 물질 또는 악취물질입니다. 이런 물질들을 공기 중에서 제거하기 위해서 여러 가지 신소재 물질들을 합성해서 개발하고 그런 물질 중에서 어떤 것이 더 효과적으로 휘발성 유기화합 물질을 없애주는가에 대한 제거관련기술부터 그런 해로운 물질들을 효과적으로 감지할 수 있는 감지기술까지 동시에 연구하고 있습니다.


    2. 휘발성 대기오염물질(VOC)인 벤젠, 폼알데하이드 등 휘발성이 강한 대기오염물질은 실내에 고농도로 존재할 경우 다양한 문제를 일으킨다고 알고 있습니다. 공기 질에 대해서 사람들의 관심도가 매우 높아진 상황인데 한국의 대기오염 물질의 수준이 어느 정도인가요?

    우리가 일반적으로 알고 있는 많은 오염물질은 예전보다 많이 개선되었습니다(물론 공기가 좋아졌다는 것은 아니고). 그런데 어떤 측면에서 보면, 오염물질들이 저감되는 속도보다 사람들이 대기오염이 심각하다고 인식하는 속도가 더 빨라진 거 같아요. 예를 들어 미세먼지는 88년 올림픽 시절보다 10배 가까이 농도가 떨어지고 좋아지긴 했습니다. 그렇지만, 당시에는 미세먼지가 크게 관심을 받지 못하였던 것 같이요. 그런데 지금은 표면적으로는 사람들이 건강에 대한 관심도 커지면서 미세먼지가 나쁘다는 인식이 더 빠르게 사람들에게 전달되는 효과가 눈에 띄는 것 같습니다. 실제 내면적으로 보면, 먼지의 양은 예전보다 줄었지만, 먼지를 구성하는 해로운 물질들은 상대적으로 더 많아진 것처럼 질적인 측면도 무시할 수 없습니다. 결론적으로 질적인 면에서는 좀 더 나빠진 것이 사실이고 동시에 다른 복합적인 면들도 존재합니다.


    3. 기존 휘발성이 강한 대기오염물질의 악취 성분을 효과적으로 제어 관리하는 환경분석 시스템이 다양할 것 같습니다. 기존 환경분석 시스템이 어떤 것들이 있으며 수준이 어디까지 발전했나요?

    오염물질을 제거하는 측면에서는 오염물질이 어디서 만들어지느냐가 중요한데 산업체와 같이 대량으로 생성하고 배출하는 곳에 대한 관리는 계속 조금씩 좋아지고 있습니다. 그러나 아무래도 사람들이 약 80% 이상의 시간을 실내에서 있다 보니 실내 환경에서 오염물질이 존재하면 바깥보다 훨씬 작은 양이라도 암을 유발하는 것과 같이 여러 가지 문제가 발생합니다. 따라서 많은 사람이 공기청정기를 사용하고 있고, 공기질의 변화에 대해 민감한 반응을 보이고 있습니다. 특히 우리가 관심을 두는 중요한 공기 중의 오염물질은 먼지와 가스로 나눌 수 있습니다. 그런데 먼지는 물리적인 분리가 상대적으로 쉬운데, 폼알데하이드와 같은 가스 상태의 오염물질은 아직 현재의 기술로는 어려운 부분이 많이 남아있습니다. 웬만큼 좋은 제품들도 50% 정도만 제거가 되니까, 이는 문을 열어두면 없어지는 그런 수준보다 조금 더 좋은 정도라고 볼 수 있지요. 따라서 기술적인 개발이 더 필요한 영역이라고 볼 수 있습니다.


    4. 금속유기 골격체(MOF)와 같은 신소재를 이용해서 대기 질이 개선이 된다고 하셨는데요. 그 원리 및 과정에 대해서 설명 부탁드립니다.

    금속 유기골격체는 약 2만 가지 정도로 다양한 형태로 개발되었습니다. 그런데 이런 다양한 새로운 소재들이 공기를 깨끗하게 한다는 관점에서는 아직 제대로 활용되지 않은 부분들이 많습니다. 우리가 집중하는 부분은 그렇게 많은 소재들이 쏟아져 나오는데, 이들에 대한 객관적인 평가가 부족하다는 사실입니다. 보다 구체적으로 언급하자면, 실내의 특정한 해로운 물질이 어떤 소재와 결합하였을 때 가장 효율적으로 제거될 수 있는 가에 주목하고 있습니다. 따라서 그런 측면에서 연구를 집중하고 있습니다.
    많은 신소재 물질들이 만들어져 있지만 어떤 면에서 얼마나 좋다는 것이 명확하게 규명되지 않으니, 그중 어떤 것을 찾아 사용하면 가장 경제적이고 효율적으로 공기를 깨끗하게 할 수 있는지 규명할 수 있겠지요. 또한 이렇게 성능을 확인한 소재보다 더 좋은 형태로 새로운 소재를 만들 수 있는가를 확인할 수 있는 하나의 지름길이 되겠지요.


    5. 공기청정기술은 분진 제거 효과는 탁월하지만 이를 감지하는 제어하는 시스템이 매우 부족하다고 들었습니다. 교수님께서 개발하신 GC-MS 환경분석기술은 어느 정도로 정확하고 객관적으로 사용 가능할까요?

    환경부에서 관리하는 대기질 기준은 다양한데, 실생활에서 중요한 해로운 물질은 실내공기를 오염시키는 실내 오염물질과 악취 물질 등으로 분류할 수도 있습니다. 실내 오염물질들은 상대적으로 관리대상 종목이 좀 단순하고 제한적이나. 악취 물질들은 종류가 많고 분석하는 것도 상당히 복잡합니다. 최근 우리가 연구한 것은 소재 개발을 하나의 축으로 보고 있고, 또 하나의 축은 다양한 악취 물질들을 정량적으로 분석하는 방법을 보다 더 단순화하는데 있습니다. 예를 들어, 5가지의 개별 분석 시스템을 활용해서 시스템마다 특정한 물질을 찾는 것이 환경부에서 지정한 보편적 분석방법입니다. 우리 연구실에서는 이들을 하나의 시스템으로 통합하여, 기체 크로마토그래피 질량분석법(GC-MS)이라는 단일시스템을 기반으로 해서 전체를 다 정량할 수 있는 그런 새로운 방식을 제시하는 것 입니다.


    6. 2015년도에는 식품의약품안전평가원과 함께 전자담배 유해물질 측정 분석법도 개발하셨는데요. 질량차추적법의 진행 과정 및 원리 방법에 대해 설명 부탁드립니다.

    큰 틀에서 분석이라는 부분은 비슷하지만, 내용적인 면에서는 아주 다릅니다. 일반적으로 사람들이 많이 피는 보통 담배에 대해 유해물질을 찾는 실험은 이미 표준화된 방법이 존재합니다. 전자 담배는 최근에 나와서 그에 맞는 실험 방법, 즉 전자담배를 사용하면 어떤 해로운 물질이 존재하고 그런 해로운 물질은 어떤 표준방법으로 측정해야 하는 가에 대한 기준이 전혀 없는 상태였습니다. 식약청에서는 우리 연구실에 일종의 한국형 표준시험법을 만들도록 협조를 요청하였습니다. 따라서 전자담배를 사용할 때 전자담배의 연기를 채취할 수 있는 새로운 방법과 채취를 했을 때 시료를 어떻게 처리해서 분석하는 가에 대한 전반적인 프로토콜을 개발하는데 우리 연구실에서 일조 하였습니다.
    대표적인 채취 방법은 질량차추적법이라는 것을 예로 들 수 있습니다. 이 방법은 획기적인 아이디어는 아니지만, 기존의 전자담배에서 발생하는 유해물질 조사법의 한계를 극복하는데 어느 정도 기여하였다고 봅니다.  기존 방식은 전자담배 연기를 채취한 다음에 연기 안에 어떤 성분이 있는가를 분석하는 것으로 끝이 납니다. 그런데 우리는 전자담배 연기를 채취할 때 전자담배를 사용전과 후의 사용량을 정량적으로 측정하여 정량분석의 기준으로 활용하였습니다. 실제 전자담배가 연기를 10리터(ℓ)가 발생했다면 이에 따른 전자담배 용액의 사용량을 같이 측정을 해서 사용량에 대비한 연기 발생량을 확인하는 것이죠. 예전에는 연기 속에 무엇이 있다는 것만 찾았지 얼마 만큼의 전자담배 용액이 소모되면서 얼마만큼의 유해물질이 만들어진다는 식의 관점으로 본 것이 아니었죠. 즉 이전에는 단순히 농도 만을 측정했는데 우리는 여기에 꼬리표를 붙인 것이죠. 예를 들어 ‘1미리그램(㎎) 사용해서 포름알데히드가 100마이크로그램(㎍) 만들어졌다.’ 이런 식으로 발생하는 물질마다 실제 전자담배 사용량에 대한 정확한 정보를 토대로 제시하는 방식으로, 기존에 농도만 발표한 데이터베이스의 한계를 극복하는 하나의 새로운 표준적인 시험방법을 제시했습니다. 최근에는 외국에서 나오는 많은 논문들도 우리가 제시한 방법들을 많이 따라서 하고 있는 것을 볼 수 있습니다.



    7. 총 540여 편에 달하는 SCI급 논문을 발표하셨는데요. 현재 연구 외에도 또 다른 분야가 있으신지요?

    예전에는 우리가 순수하게 환경만을 고집하고 그 테두리 안에서 모든 것을 연구하였습니다만, 환경에 관련된 논문이 많아서 절대적인 논문의 영향력(Impact)이 상당히 낮은 편입니다. 노력에 대한 대가가 굉장히 약한 편이어서, 우리가 하는 연구를 더 영향력 있게 만들기 위해서 환경과 소재를 결합하는 새로운 분야의 연구를 시도하게 되었습니다. 그래서 소재적인 관점에서 환경문제를 다루는 방식으로 주제를 접근하다 보니 Impact Factor가 10이 넘는 훌륭한 저널들도 새롭게 도전할 기회가 많이 열리는 것 같습니다.  올해도 이미 8편의 논문을 이런 High IF 저널들에 발표할 수 있었습니다.


    8. 교수님께서 개발하신 분석체계는 새집증후군이나 전자담배 유해물질, 자동차 냄새 진단 등 여러 분야에 걸쳐 활용이 되고 있는 것 같습니다. 실제 산업현장에서 어떤 방식으로 상용화될 수 있는지 궁금합니다.

    일반적으로 공기청정기에서 미세먼지는 잘 제어가 되지만 포름알데히드 같은 발암물질은 잘 제거되지 않습니다. 우리가 확보한  소재의 제거효율을 더 올려서 궁극적으로 새로운 공기청정기에 적용하기를 희망합니다.  실질적으로 청정기가 사람들에게 도움이 될 정도로 공기를 빠른 시간 안에 깨끗하게 할 수 있는 부가가치가 높은 새로운 소재를 찾는 연구를 많이 하고 있습니다.
    또한 요즘 자동차에서 어린이들도 사망하는 안타까운 사고도 보도되는데 차량에서 사용하는 소재들이 여름철이면 차량내부가 80도씩 가열되면서 사람들에게 유해물질이나 불쾌한 냄새를 발생할 수 있습니다. 특히, 차량에 사용하는 소재가 수천 수만 가지가 되는데 세계 시장에서 더 고급 차를 만드는데 차량 냄새가 나면 안 되겠죠. 우리가 가진 그런 기술로 어떤 소재를 사용하였을 때 가장 냄새가 나지 않는가 하는 소재 개발에서부터 어떤 소재를 활용해야 바람직하다는 정보도 확보할 수도 있겠죠.
    생활환경에서도 실제 필요한 그런 연구들을 많이 하고 있습니다. 그러다 보니 향초에서 발생하는 유해성분들을 분석해서 발표한 적이 있습니다. 향초는 보기엔 좋지만, 실제 사람에게 얼마나 해로운 것인가를 따져 보았더니, 미국에 있는 향초 회사에서 당신들을 고소하겠다고 하더라고요. 한편으로 보면 그만큼 우리가 하는 것이 사람들에게 도움이 되는 측면이 있겠죠. 그런 업체에서 자극받는 것을 보니…….


    9. 교수님께서 논문을 보면 해외 연구실과 협업도 많이 하셨더라고요, 함께 연구진행을 많이 하셨던데 좀 어떠셨는지 궁금합니다.

    한국 학생들의 경우는 연구실을 운영 한다던가 이런 물리적인 일들로 아주 바쁘고, 논문과 연구를 모두 효과적으로 병행하는데 조금씩 지쳐 있지요. 우리가 지향하는 만큼의 논문을 많이 써야 해서 이러한 목적을 맞추기 위해서 외국의 연구자들과의 교류를 통한 네트워킹도 상당히 중요한 역할을 합니다. 과거 우리 연구실에 학생이나 포스닥을 해서 지금은 외국의 교수가 된 사람들과 우리 연구실이 지속적으로 연구하는 연결고리로 작용토록 하는 것은 중요합니다. 이를 통해서 내부적으로 우리 실험실에서 이루어지는 연구뿐만 아니라 외국에서 만든 자료도 같이 공유하면서 큰 틀에서 관계 지향적인(Networking) 연구를 많이 하고 있습니다


    10. 기업에서도 자문도 많이 의뢰가 된다는 것으로 알고 있습니다. 기억에 남는 에피소드가 있다면 어떤 것이 있는지 궁금합니다.

    우리가 어떤 냄새나 가스에 관한 연구를 많이 하다 보니까, 실제 산업 현장에서도 그런 수요(Demand)가 상당히 많이 발생한다는 것을 쉽게 볼 수 있습니다. 요즘은 요실금과 같은 성인병으로 인해, 성인이 되어서도 아기처럼 기저귀 같은 것을 사용해야 하는 경우도 불가피하게 늘어나겠지요. 그런 것을 다루는 연구자들은 냄새만으로 이런 사람이 요실금이 있는지 없는지 분별하는 것에 관심이 많습니다. 실제 사람의 호흡이나 소변 등의 시료에서 발생하는 냄새를 조사해서 어떤 사람은 어떤 병이 있을 수 있다고 연구하는 분야도 많은 주목을 받고 있습니다.
    최근에 공기청정기 관련한 소재를 개발한다든가, 냉장고의 얼음을 만들 때 어떤 튜브를 사용해야 냄새가 나지 않는지, 세탁기는 물을 넣어서 사용하는 세탁기 용도뿐만 아니라 냄새를 없애주는 용도로 활용 등과 여러 가지 생활 환경적인 면에서 중요한 많은 제품들이 쏟아집니다.  냄새나 휘발성 유기화합물과 관련한 연구도 중요한데, 특히 냄새를 정확하게 찾아내는 것이 굉장히 중요합니다. 따라서 이에 대한 연구 개발 수요도 빠른 속도로 증가할 것으로 예측할 수 있습니다.



    11. 그 중에서 제일 기억에 남는 그런 사례가 있다면 소개 한번 해주세요.

    현재 진행 중인 연구로 우리나라의 주요 기업체들과 항상 정기적으로 자문도 진행하고, 과제도 같이하고 있습니다. 사람들의 생활 수준이 자꾸 올라가니까 정말 옛날에는 깨끗한 물을 확보하는 것이 주요 관심사였다면 지금은 깨끗한 공기를 찾는 연구 분야가 자꾸 커지고 있습니다. 특히 그런 결정적인 계기로 미세먼지 등에 대해, 국민들의 관심이 너무 높아져서 전반적으로 그런 주제가 환경산업이나 저희들의 연구에도 많은 영향을 미치는 것 같습니다. 보통 공기 중에 먼지가 심각해서 외출도 자제하고 주의를 했으면 좋겠다고 경고가 떨어지는 게 PM 10 기준으로 입방 미터당 100 마이크로그램(㎍) 수준입니다. 그런 것 때문에 요즘은 이렇게 무더위인데도 마스크를 끼고 다니는 사람들도 (물론 겨울처럼 많지는 않지만) 있습니다. 다들 건강 생각해서 그러는데요.  정말 아이러니한 게 몸을 생각한다고 열심히 마스크 끼고 지하철역 부근의 흡연 허용 장소에 도착하면, 마스크를 내리고 열심히 담배를 피우는 사람들을 여러 차례 본 적이 있습니다. 조금 전 이야기한 것처럼 입방 미터당 100마이크로그램(㎍)이 넘어가면 위험하다고 했잖아요. 그런데 담배 같은 것을 피면 그게 얼마나 많은 먼지를 발생시키는지 들어보신 적이 있으세요? 담배 같은 것을 피면 6천- 8천 정도 올라가거든요. 결과적으로 100이 무섭다고 해서 마스크 끼고 열심히 자기 몸을 보호하다가, 어느 순간 열심히 담배 피우는 모순적인 행동이 나타납니다.  요즘 인터넷 같은 것이 많이 발달해서 사람들이 한쪽 면으로는 굉장히 지적으로 발전하는데 다른 쪽으로는 모순적인 결과를 보이는 것 같습니다. 몸도 챙겨야 하고 보호하려고 다양한 마스크를 착용하고 굉장히 똑똑하게 행동하잖아요. 옛날 사람들보다 아는 것도 많지만, 정말 중요한 것은 담배를 안 피우는 것이 결론적으로 더 중요한 것이 되겠죠?.




    12. 수많은 학생들이 교수님의 연구실을 다녀갔을 것 같아요. 그 중 생각나는 제자들이 있는지 궁금합니다.

    아무래도 내가 논문에 신경을 많이 쓰다 보니 논문의 생산성 측면에서는 뛰어난 학생들이 기억에 많이 남는데요. 우리 한국인 제자 중에 김용현 박사라고 현재 안전성평가연구소에서 근무하는 친구가 있습니다. 학부 3학년 때부터 박사학위까지 하면서 SCI 논문을 50편 가까이 쓰고 나간 친구가 있습니다. 요즘 젊은 사람들을 볼 때 상상하기 힘든 성과죠.
    그런 학생이 있을 때는 참 행복했는데 막상 그런 학생이 졸업해서 나가면 굉장히 힘들어지는 상태가 옵니다. 너무 큰 주춧돌이 빠져나가니깐. 오죽하면 그런 학생이 있을 때는 해보고 싶은 연구를 다 해보다가 그런 학생들이 다 나가면 연구주제도 좀 바꾸어야 하구요. 그래서 남아있는 학생들과 현실적인 타협할 수 있는 연구 주제로 새롭게 바꾸어야 하는 것과 같이.. 어떤 면에서는 변화를 받아들여야 하는 그런 아픔이 좀 있더라고요.
    학교라는 시스템이 개인적으로 학위를 빨리 받겠다고 하면 능력있는 학생은 빨리 졸업을 시켜야죠. 그 학생 같은 경우에는 2년 만에 박사학위를 따고 나갔죠. 빨리 받겠다고 능력이 되고 논문 같은 것을 기준치 이상 쓰면 빨리 졸업하게 하고 대신 포스닥을 하면서 봉사해 달라고 하죠. 학위를 빨리 따야 본인도 마음이 편하고 서로 편하죠. 3년 만에 박사학위를 하면서 논문을 한 20편 정도 쓰고, Impact가 30이 넘는 저널에도 논문도 발표한 인도 학생도 있었습니다.  나는 다른 사람들보다 조금 더 생산적인 삶을 살려고 노력하는 편입니다.  목표를 이루려면 제일 중요한 것이 시간과 싸움인데 최소한 긴 시간으로 보면 항상 시간에 따라가서 평형점을 찾아가니까 사람이 시간을 이길 수는 없습니다. 그렇지만 짧은 시간 안에서는 내가 할 것이 많을 때 어떤 중요한 것을 먼저하고 그 짧은 시간을 효율적으로 활용을 해서 다른 사람들보다 굉장히 높은 생산성을 보여주는 것과 같이 그런 목표를 만족해 나갈 때 희열을 느낍니다. 아주 짧은 시간이지만 내가 시간을 지배하는 상황과 목표를 이룰 때 가장 뿌듯한 것 같습니다.




    13. 같은 분야에서 공부하고 있는 후배들(대학원생들)에게 이 분야의 연구에 대한 비전을 제시해 주시면서 격려의 한 말씀 부탁드리겠습니다.

    우리가 가장 지향하는 연구는 생활 밀착형 문제들을 해결하는 방향으로 모범답안을 확보하는 것이죠. 결과적으로 그런 해답들이 많은 사람들에게 여러모로 도움이 되길 바라죠. 더군다나 그런 결과로 논문을 썼을 때 그게 굉장히 높은 영향력(High Impact)이 있는 논문(Journal)으로 나온다면 더 바랄 나위가 없겠죠, 그러면서 연구비도 많이 따는 것과도 이어진다면, 더더욱 의미를 더 하겠죠. 그런데 우리가 실생활에서는 토끼를 두 마리 쫓다가 망하는 경우가 많은데요.
    연구에서는 그렇게 두 마리 또는 그 이상의 토끼를 안전하게 쫒는 것이 충분히 가능하죠. 어떤 사람은 연구를 열심히 하고 좋은 결과를 내지만 그게 일반인에게 설명하기에는 너무 어려운 연구도 많이 있습니다. 거꾸로 우리가 하는 연구는 일반 사람들이 정말 쉽게 이해할 수 있으면서 높은 수준의 논문(Journal)에 실을 수도 있습니다.  하나의 행복한 부분이라 볼 수 있겠지요.
    많은 연구하는 사람분들이 어떤 실현가능한 구체적인 목표도 좀 가지고 지향하면 좋겠다는 생각을 가지게 됐습니다. 항상 연구라는 것이 생활과 멀리 있는 것이 아닌데요. 또 실제로 하는 것을 보면 멀리 있는 것을 하는 사람들도 많죠. 너무 복잡한 이론들을 일반인들이 이해하기는 어렵죠. 우리가 지향하는 연구에 가장 큰 주제들은 사람들이 어떤 것이 좀 불편하다고 하면 어떻게 좀 개선해야 하겠다고 보는 것에서 출발합니다. 이런 것들과 연결되는 부분들이 많으니까 산업체에서도 이런 연구를 좀 해달라고 요청이 올 수 있겠죠? 그런 연구들을 논문으로 쓰고 이러한 것들이 가끔은 영향력 높은 논문에 나가는 상황이 실현된다면, 실재 여러 마리 토끼를 동시에 잡는다고 할 수 있겠죠? 그렇게 할 때가 아주 행복합니다.

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    전체댓글 1

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    |2018.08.21
    담배를 피면서 미세먼지를 걱정하는건 정말쓸데 없는 걱정인거군요.. 현실적인 문제와 관련된 연구는 매우 보람이 있을거 같습니다.
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