인천대학교 산학협력 뉴스레터 VOL.24

인천대학교 신소재공학과 명재하 교수·KAIST 기계공학과 이강택 교수 공동 연구팀은 이중 페로브스카이트 산화물 기반 코발트-철(CoFe) 합금 나노입자를 제어하는 ‘용출(Exsolution) 기술’을 활용해 가역 고체산화물전지(RSOCs)의 양극과 음극으로 모두 적용 가능한 고성능 나노구조체 전극 소재를 개발했다. 이 소재는 다양한 연료(CO, H2O, H2, CO2)를 직접 사용할 수 있고, 연료전지·수전해전지 통합 구동 시에도 높은 전력·전류 밀도를 유지하며 700시간 연속 구동 후에도 열화가 거의 없어 높은 내구성을 보였다. 나아가 배터리·이산화탄소 변환 촉매 등 다양한 에너지 변환 시스템에도 적용 가능해 시스템 성능과 수명을 크게 향상할 수 있으며, 탄소중립을 위한 친환경 에너지 변환 장치 상용화에도 중요한 진전을 이룰 것으로 기대된다. 연구 결과는 재료분야 국제학술지 ‘Small(IF=13.0)’에 최근 게재됐다.

KAIST 기계공학과 이강택 교수, 김형근 석사과정생

가역 고체산화물전지(Reversible Solid Oxide Cells, RSOCs)는 화학에너지로부터 전기를 생산하는 연료전지, 전기 에너지를 활용하여 연료를 생산하는 전해전지가 합쳐진 시스템이다. 상황에 따라 전기생산과 연료 생산이 모두 가능하므로 날씨에 영향을 받는 재생에너지의 발전변동성에 따른 전력 수요와 공급 격차를 보완할 수 있는 에너지 변환장치로 활용된다.

그러나 기존 연료전지 및 전해전지의 전극 소재들은 각 음극, 양극의 다양한 연료 환경과 요구되는 각 전기화학적 반응이 다양하여 각 전극에 맞는 특성화 연구가 따로 진행됐다.

용출(Exsolution) 기술은 페로브스카이트 산화물 소재 표면에 도핑되어 있는 금속을 고정형 나노촉매로 성장시키는 기술이다. 용출은 별도의 촉매 도포 공정 없이 작동환경에서 소재의 전기화학적 활성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 용출 나노 촉매는 산화물 지지체에 고정된 소켓 (Socket) 구조이며 균일한 입자 분포를 나타내기 때문에 고온 응집현상 및 카본 침적에 대한 높은 저항성을 보인다.

본 공동연구팀은 용출 기술을 활용하여 페로브스카이트 산화물 기반 고성능 나노구조체 전극 소재를 개발하였다. 개발한 용출소재는 코발트 도핑량이 증가할수록 용출된 나노입자의 성장이 극대화되는 반면, 동시에 모상의 안정성이 감소하는 상충관계를 나타내었다. 소재 내 최적의 코발트 도핑량 도출을 통해 나노입자의 성장 및 모상의 안정성을 모두 확보하여 소재의 성능을 최적화할 수 있었다.

해당 소재는 양극과 음극에 모두 사용할 수 있어 소재의 가격, 공정 비용을 혁신적으로 절약할 수 있어 연료전지 산업에 큰 영향을 줄 것으로 평가받고 있다. 또한 개발된 단일 대칭형 전극 소재로 구성된 가역 고체산화물 전지는 다양한 연료(CO, H2O, H2, CO2)를 직접 사용이 가능하며, 850 ℃에서 수소 연료 전지 모드로 최대 전력 밀도 1.27 W cm-2, 800 ℃에서 수전해 전지 모드로 전류 밀도 2.33 A cm-2를 기록했다. 특히, 이 전극은 연료전지와 수전해전지를 통합한 700 시간의 연속 구동에서도 열화 없이 안정적으로 작동하여, 가역적 사이클 구동에서도 높은 내구성을 보여주었다.

[연구 소식]인천대 신소재공학과 명재하․KAIST 공동연구팀, 나노촉매 성장 기술 활용을 통한 양극, 음극 소재 단일화 가역 고체 산화물전지 개발 - 재료분야 국제학술지 ‘Small’에 논문 게재

좌측부터) 이원종 교수, 이정현, 강수진 학생

인천대학교 생명공학부 이원종 교수 연구팀(이정현·강수진 학생)은 시금치에서 추출한 식물 유래 엑소좀을 고지방 식단을 섭취한 비만 유도 마우스에 투여해 지방 조직 무게와 체중 증가를 유의미하게 줄이는 데 성공했다. 이 엑소좀은 독성을 유발하지 않아 안전성이 높고, 기존 식욕 억제 중심의 비만 치료제와 달리 저비용·고효율의 새로운 바이오소재 기반 치료제로서 가능성이 주목받고 있다. 이번 연구는 국제학술지 ‘Advanced Therapeutics’ 표지 논문에 선정되었으며, 한국연구재단 중견연구 지원사업 및 인천대학교 연구 지원사업의 일환으로 수행되었다.

식물에서 추출한 엑소좀이 비만 치료제로 활용될 가능성을 보여주는 연구 결과가 발표되었다.

전 세계적으로 비만 환자가 지속적으로 증가함에 따라, 높은 효율과 낮은 부작용을 가진 비만 치료제 개발에 대한 관심이 커지고 있다.

최근 글루카곤 유사 펩타이드 수용체 작용제를 기반으로 한 체중 감량 치료제가 출시되었으며, 국내 제약사들도 활발히 연구를 진행 중이다.

그러나 기존 약물의 부작용을 보완하고 식욕 억제 중심의 방식에서 벗어나 보다 효과적으로 체중 감량에 의한 항비만 효과를 제공할 새로운 바이오소재 기반 치료제 개발이 절실하다. 이번 인천대학교의 연구팀에서는 식물 유래 엑소좀의 비만 치료 효과를 규명하였으며, 이를 통해 차세대 비만 치료제로의 새로운 가능성을 제시했다는 의미가 있다.

엑소좀은 생체 활성 물질을 함유한 나노 크기의 지질막 소포체로, 생체적합성과 낮은 면역반응 특성을 갖고 있어 차세대 치료제로 주목받고 있다. 특히, 이번 연구에서는 시금치에서 정제한 식물 유래 엑소좀을 활용하여 비만 치료 효과를 확인하였다.

고지방 식단을 섭취한 비만 유도 마우스 모델에 시금치 유래 엑소좀을 경구 투여한 결과, 지방 조직 무게와 체중 증가가 유의미하게 감소하는 효과를 확인하였다. 더불어, 주요 장기에 독성을 유발하지 않는 것으로 나타났다. 이는 시금치 유래 엑소좀의 안전성과 치료제 가능성을 동시에 입증하는 중요한 발견이다.

[연구 소식]식물 엑소좀을 이용한 비만 치료제 개발: 인천대학교 이원종 교수 연구팀 성과

친환경바이오플라스틱센터 생분해플라스틱 바이오가스화 실증 사업 관련 사진

인천대학교 친환경플라스틱센터는 환경부 순환경제 규제샌드박스 사업에 선정되어, 생분해성 바이오플라스틱을 별도로 수거·선별한 뒤 바이오가스화 과정을 통해 에너지 자원화 가능성과 안전성을 과학적으로 검증할 계획이다. 이를 위해 인천대학교와 인천광역시, 30여 개 기업이 협력하여 교내 카페·편의점·학내 행사 등에서 사용이 끝난 생분해성 플라스틱을 모으고, 인천대가 구축한 혐기소화 실증시설과 인천환경공단 바이오가스화 설비를 활용해 2단계로 나누어 실증을 진행한다. 만약 이 과정을 통해 안전성과 에너지화 가능성이 입증되면 관련 규제 개선과 함께 생분해성 바이오플라스틱의 활용 범위가 넓어져, 국내 순환경제 활성화와 탄소중립 목표 달성에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

인천대학교(박종태 총장) 친환경플라스틱센터는 생분해성 바이오플라스틱 순환 가능성에 대한 과학검증을 위한 「생분해플라스틱 바이오가스화 실증사업」이 환경부 순환경제 규제샌드박스에 선정되었다고 밝혔다.

이번 실증은 한국바이오플라스틱협회(협회장 진인주), 새한환경기술(대표이사 이광준)과 공동으로 진행하며 인천대학교 내 위치한 커피숍, 식당, 대학 축제, 전시회 및 수도권 내 커피숍 등에 생분해성 플라스틱 제품을 제공하여 사용토록 하고 이를 회수 선별하여 유기성 자원으로 통합바이오가스화 적용을 목표로 CJ제일제당, LG화학, SK Leavo, 동성케미컬, CJ HDC 비오솔 등 국내외 대기업 및 중소기업 30여 곳이 참여할 예정이다.

생분해성 바이오플라스틱의 중요성

생분해성 바이오플라스틱은 플라스틱 대체물질로서, 플라스틱으로 인한 기후변화 대응을 위해 그 중요성이 확산되고 있으며, 유엔환경계획(UNEP) 주도로 추진 중인 유엔 플라스틱 협약에서도 생분해성 플라스틱의 안전성과 지속가능성에 대한 과학적 검증이 꾸준히 요구되고 있다.

생분해성 바이오플라스틱은 빠르게 분해되는 특징으로, 전처리 과정을 거쳐 기존 유기성 폐자원과의 통합 바이오가스화를 통해 에너지자원화가 가능하나, 현재 국내에서의 사용이 만료된 생분해성 플라스틱 제품의 수거 및 분류체계가 마련되지 않아 이 부분에 대한 법적 규제가 부재한 상황이다. 또한 대한민국 정부는 2023년 12월 ‘유기성 폐자원을 활용한 바이오가스의 생산 및 이용 촉진법(약칭 바이오가스법, 제정 ’22.12.30, 시행 ’23.12.31)’의 시행으로 국내 바이오가스 산업 활성화를 위한 법적 기반이 마련되었고, 생분해성 플라스틱이 바이오가스화를 위한 훌륭한 ‘자원’임에도 불구하고, 규제로 인해 ‘유기성 폐자원’으로 활용하지 못하고 있는 실정이다.

실증사업의 목표와 계획

[연구소 소식]인천대 친환경플라스틱센터, 「생분해플라스틱 바이오가스화 실증사업」환경부 순환경제 규제 샌드박스에 선정

인천과학문화거점센터(센터장 한기순 교수)는 12월 18일(수), 과학문화 상설공간에서 ‘2024년 인천지역 생활과학교실 운영기관 간 성과교류회’를 개최하고 인천대학교·(사)한국코딩드론메이커스 생활과학교실의 운영 성과와 우수 수업사례를 공유했다. 돌봄 센터, 고려인마을 등 소외계층을 대상으로 한 창의·나눔과학교실과 AI·디지털 중심의 과학교육 프로그램 등이 소개됐으며, 우수 수업사례로 인천대 ‘피사의 공’·‘날개 달린 청소기’와 (사)한국코딩드론메이커스 ‘시니어를 위한 로봇교실’·‘언플러그드 코딩’이 선정됐다. 한기순 센터장은 이번 행사가 지역 과학문화 역량 강화를 위한 뜻깊은 자리였다고 평가하며, 앞으로도 다양한 과학문화 프로그램 개발과 협력을 이어가겠다고 밝혔다. 한편, 센터는 2021년부터 인천대학교 과학영재교육연구소에서 운영되며, 올해 102개 기관과 협력해 연간 17만여 명이 이용하는 등 인천 지역 과학기술 생태계 조성과 저소득·소외계층 복지 증진에 기여하고 있다.

인천과학문화거점센터(센터장 인천대학교 창의인재개발학과 교수 한기순)는 12월 18일(수) 인천과학문화거점센터의 과학문화 상설공간에서 ‘2024년 인천지역 생활과학교실 운영기관 간 성과교류회 ’를 성공적으로 개최했다고 밝혔다.

이번 행사는 인천지역에서 생활과학교실을 운영하고 있는 인천대학교 생활과학교실과 (사)한국코딩드론메이커스 생활과학교실의 운영 성과 및 우수 수업사례를 공유하며 향후 발전 방향을 모색하기 위해 마련되었으며, 생활과학교실 운영실무자 및 생활과학교실 강사 등 관계자 30여 명이 참석해 자리를 빛냈다.

이번 성과교류회에서는 돌봄 센터, 고려인마을, 도서벽지 등 소외계층을 대상으로 한 창의·나눔과학교실을 운영한 인천대학교 생활과학교실과 AI·디지털 과학교육을 중심으로 창의·나눔과학교실을 운영한 (사)한국코딩드론메이커스의 우수 성과들을 공유하였으며, 초·중·고교 학생과 인천시민들을 대상으로 과학 이해 증진과 과학교육 격차를 해소하기 위한 다양한 측면에서의 성과 환류 및 발전 방안을 제언하였다.

우수 수업사례 발표에서는 인천대학교 생활과학교실 2팀, △피사의 공(강수지 강사)와 △날개 달린 청소기(박민정 강사)가 선정되었고, (사)한국코딩드론메이커스에서도 2팀, △시니어를 위한 로봇교실(정미례 강사)와 △언플러그드 코딩(정윤경 강사)가 우수 프로그램으로 선정되어 수업사례를 발표하였다.

한기순 인천과학문화거점센터 센터장은, “이번 성과교류회는 각 기관의 우수 강사들이 창의적이고 효과적인 수업 운영 사례를 발표하고 나눔으로써 지역의 과학문화 역량을 강화하고 과학교육의 발전 가능성을 확인하고 논의하는 뜻깊은 자리였다”며, “앞으로도 인천지역 생활과학교실 운영기관과 협력하고, 생활과학교실 강사들과 함께 초·중·고교 학생과 인천시민들을 대상으로 다양한 과학문화 프로그램을 개발하고, 지속적인 협력과 소통을 통해 과학교육의 질을 높이고 지역 내 과학기술 생태계 강화를 위해 최선을 다하겠다”고 말했다.

인천과학문화거점센터는 ‘지역 과학문화 역량강화사업’ 수행기관으로, 2021년부터 인천대학교 과학영재교육연구소(www.inuisge.kr)에서 운영하고 있다. 거점센터는 2023년 인천광역시 관내 102개 기관과 협력사업을 수행하였으며, 연간 17만여 명의 인천시민이 이용하고 있다.

[연구소 소식]인천과학문화거점센터, '2024년 인천지역 생활과학교실 운영기관 간 성과교류회'성황리 개최

인천과학문화거점센터'메리 과학 크리스마스' 행사사진

인천과학문화거점센터(센터장 한기순 교수)는 12월 15일(일) 인천대학교 제물포캠퍼스에서 원도심 과학문화 활성화를 위해 마련한 ‘메리 과학 크리스마스’를 성공리에 개최했다. 과학 체험 부스, 과학 마술 공연, 진로특강 등 다채로운 프로그램에 300여 명의 지역 어린이·청소년·시민이 참여해 큰 호응을 얻었으며, 이지연·김광희 교수의 강연을 통해 미래 직업 트렌드와 구체적 진로 탐색 기회를 제공했다. 한기순 센터장은 “앞으로도 지역 주민들과 함께 즐길 수 있는 다양한 과학문화 프로그램을 통해 원도심 활성화와 지역사회 과학문화 저변 확대에 힘쓰겠다”고 밝혔다. 인천과학문화거점센터는 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 운영되며, 인천시민 17만여 명이 참여한 다양한 협력사업을 통해 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있다.

인천과학문화거점센터(센터장 인천대학교 창의인재개발학과 교수 한기순)는 지난 12월 15일(일), 인천대학교 제물포캠퍼스에서 원도심 과학문화 활성화를 위한 ‘메리 과학 크리스마스’ 행사를 성공적으로 마무리했다고 밝혔다.

이번 행사는 과학문화를 가족 단위로 즐길 수 있는 축제로, 과학 체험 부스, 과학 마술 공연, 전문가 진로특강 등 다채로운 프로그램이 진행되었다. 특히 인천 원도심 지역의 어린이와 청소년을 포함한 300여 명의 시민이 참여해 높은 관심과 호응을 얻었다.

행사는 체험 부스와 공연 및 진로 특강 등으로 진행되었다. 체험부스는 올해 인천과학문화거점센터와 협력 사업을 진행한 ▲인천계양구립 서운도서관의 ‘태양계 팔찌 만들기’, ▲사회적협동조합 도시농부꽃마당의 ‘크리스마스 허브 스머지 만들기’, ▲염전골햇빛발전협동조합의 ‘재생에너지 RC카 체험 및 커피박 새활용’, ▲목소리공방의 ‘나무를 활용한 과학교구 3종 체험’, ▲(주)그루터기의 ‘순무의 24절기 컬러링북 체험’, ▲인천대학교 생활과학교실의 ‘스티치 크리스마스 카드 만들기’ 등 직접 체험하며 과학을 배울 수 있는 13개 부스가 운영되었다.

공연 및 특강은 가족 단위로 과학의 즐거움을 선사하는 ‘사이언스 매직쇼’와 미래 직업 트렌드와 구체적인 진로를 탐색할 수 있는 이지연 교수(인천대학교 창의인재개발학과)와 김광희 교수(계원예술대학교 애니메이션과)의 진로 특강이 운영되었다.

한기순 인천과학문화거점센터 센터장은, “이번 ‘메리 과학 크리스마스’ 행사는 인천 지역 원도심에서 일상 속 과학을 체험하고 즐길 수 있는 특별한 자리였다”며, “앞으로도 지역 주민들과 함께할 수 있는 다양한 과학문화 프로그램을 통해 지역사회 과학문화 활성화를 위해 노력하겠다”고 밝혔다.

인천과학문화거점센터는 ‘지역 과학문화 역량강화사업’ 수행기관으로, 2021년부터 인천대학교 과학영재교육연구소(www.inuisge.kr)에서 운영하고 있다. 거점센터는 2023년 인천광역시 관내 102개 기관과 협력사업을 수행하였으며, 연간 17만여명의 인천시민이 이용하고 있다.

[연구소 소식]인천과학문화거점센터, 원도심 과학문화 활성화를 위한 '메리과학크리스마스'행사 성료

인천대학교 산학협력 뉴스레터 VOL.24

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