열악한 국면을 타개하는 과정에서 세계를 주도하는 기술이 탄생한다. 석탄·석유와 같은 유한 에너지 자원의 감소 및 화석 에너지 이용에 따른 환경 오염이 심각해짐에 따라 신재생 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 국내 학계가 높은 출력전압을 얻을 수 있는 광전, 열전, 압전 에너지 개발에 매달리는 상황에서 시선을 돌린 창의적 연구가 눈길을 끌고 있다. 새로운 시대에 선제적으로 대응할 수 있는 기술력을 연구하는 동아대학교 화학공학과 양수철 교수를 소개한다.

최선영 기자 csy@

화석 에너지 고갈 문제와 환경 문제를 동시에 해결할 수 있는 깨끗한 에너지의 확보를 온 국민이 염원하고 있다. IT 강국답게 세계 최초로 5G 시대로 전환된 대한민국이 기다리는 기술은 무엇일까. 동아대학교 양수철 교수의 ‘셀프바이어스 자기-전기 복합체를 이용한 에너지 하베스팅 시스템 개발’ 연구에서 힌트를 얻을 수 있다.

▲ 양수철 교수

양 교수는 직류자기장의 인가 없이도 자기-전기 출력전압 특성을 확보할 수 있는 셀프바이어스 기반의 자기-전기 에너지 하베스팅 시스템을 개발하기 위해 분주히 노력하고 있다. 자기-전기 효과로 나타나는 자기-전기 출력전압 특성이 자기장 센서, 트랜스듀서, 메모리 디바이스, 에너지 하베스터 등의 소자로 응용될 수 있다는 확신에서 시작한 연구다. 저탄소와 친환경 에너지 수요가 급증하고 언제 어디서나 스마트한 생활을 할 수 있는 웨어러블 전자기기가 빠른 속도로 보급되면서 버려지는 에너지를 활용하는 에너지 하베스팅 기술이 주목받아, 지난 2015년 269백만 달러였던 시장 규모가 오는 2022년 974백만 달러로 확대될 전망이다. 미국과 유럽이 앞서고 있다지만 아직 선점한 국가와 기술력은 없는 상태. 양 교수는 자기-전기 에너지 하베스팅에 관련된 원천기술을 확보하고 궁극적으로는 자가발전이 가능한 에너지 하베스팅 시스템을 구축하는 것을 목표로 연구에 매진 중이다.

에너지학의 미개척 분야, 자기 전기 연구의 시작을 알리다 
현대 사회에서 전기가 없으면 모든 것이 무의미하다. 전기가 있기에 현대인은 삶의 질을 유지할 수 있다. 신재생 에너지 개발에 있어서 중요한 부분은 여러 가지 에너지 자원 활용을 통해 에너지 공급의 안정성을 확보하는 것이다. 천재지변이나 다른 이유로 한곳의 에너지가 공급이 되지 않을 경우 다른 에너지원을 통해 에너지를 공급받는 것이 필요하다. 이러한 실정에 맞춰 동아대학교 화학공학과 양수철 교수는 셀프바이어스 자기-전기 복합체를 이용한 에너지 하베스팅 시스템을 개발함으로써 버려지는 자기에너지를 전기에너지로서의 활용 가능성을 보여주는 연구를 진행 중이다. 양 교수는 이번 연구를 확대해 고감도 초미세먼지 센서, 모니터링 소자 및 시스템 개발 등을 기획 중이며, 초미세먼지를 제어하는 독점 기술력 개발에 한 발 다가갔다고 볼 수 있다. 더 나아가 물리(재료특성 이해)-화학(재료 합성)-전자기학(소자 개발) 연구와 시뮬레이션(재료특성 및 디바이스 특성 모델링)을 병행해 확보한 재료 및 소자 개발 기술은 에너지 하베스팅, 엑츄에이터, 자기장 센서 등의 스트레인 기반의 디바이스에 응용할 수 있다. 의학 분야에 접목하면 헬스모니터링 뿐 아니라 약물전달 시스템에 응용할 수 있고 바이오 소재 산업에 새로운 패러다임을 제시할 수 있다. 그는 러시아 Novgorod State University의 Mirza Bichurin 교수와 공동 연구를 펼치며 재료 및 디바이스 특성 최적화를 수행하며 지난 2017년 이후 SCI급 국제 저널에 공동연구 결과를 매년 발표하고 있다. 최근 국내 대학과 국책 연구소에서 자기-전기 에너지 하베스팅 연구에 관심을 보이고 있으며, 양 교수는 자기-전기 에너지 하베스팅 관련 컨소시엄이 구성돼 활발한 공동 연구가 이뤄지길 기대하고 있다. 공동 연구가 활기를 띠면 자기장 센서 등과 같은 상용화 가능성이 높은 디바이스 제조, 시스템 구축 기술 개발 등 응용 연구에 박차를 가할 수 있어 글로벌 시장 정복에 성큼 다가갈 것으로 기대된다.

에너지 하베스팅 연구로 대한민국의 미래 밝혀나갈 것  
양수철 교수는 한국과학기술연구원 고분자하이브리드센터를 거쳐 미국버지니아공대 에너비 하베스팅센터 연구원으로 근무했으며 삼성전자에서 현장 경험을 쌓은 뒤 동아대학교 공과대학 화학공학과의 교수로 임용됐다. 그는 학생들을 가르치면서 연구자로 사는 삶을 한순간도 놓치고 싶다. 양 교수가 신기술을 연구하며 토대를 쌓아야 학생들이 도약할 기회를 맞이하고 지역 경제는 성장 곡선을 그린다. 그는 교수로 열정적인 가르침을 전수하며 연구자로 대한민국의 미래를 그린다. 또한, 동아대학교 동아공학장학재단 이사로 매년 학부생들에게 매년 장학금을 전달하며 격려하고 있다. 양 교수는 학생들의 미래를 밝혀주는 등불의 역할 뿐만 아니라 지역 경제의 밝은 미래를 그리기 위한 노력도 아끼지 않는다. 그는 동아대학교 에너지환경응용기술연구소 운영위원으로 전문적인 기술 개발에 어려움을 겪고 있는 서부산 지역 기업체에 기술을 이전하고 있다.
“많은 연구자들이 뛰어들어 높은 특성 값을 확보하는 것은 분명 가치가 있는 연구일 것입니다. 주류는 아니지만 제 연구는 미래를 위해 언젠가 꼭 필요한 연구이기 때문에 선행되어야 합니다. 에너지 하베스팅 기술을 개발하는 연구자로 세상에 도움이 되는 연구를 꾸준히 수행할 것입니다. 그 과정에서 얻은 결과물로 학생들과 지역사회가 밝은 미래를 꿈꾸길 바랍니다.”
기술이 한 사람을 바꾸고 지역과 국가의 운명을 개척하며 그 가운데 인류의 역사가 진일보한다. 그처럼 연구자이자 교육자의 소신을 지키는 이들이 선봉장을 자처해 대한민국의 장래는 한없이 밝다. 우리나라가 자부할 수 있는 에너지 하베스팅 기술 연구자로 이름을 남길 양수철 교수의 열정을 응원한다. NM