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화학기술
화학기술(化学技術)은 어떤 원료 물질에 화학적 변화를 일으켜 사람이 살아가는 데에 사용되어온 각종 물질들을 대량으로 만드는 기술이다.
화학(Chemistry)은 물질의 성질, 조성, 구조, 변화 및 그에 수반되는 에너지의 변화를 연구하는 자연과학의 한 분야이다. 과거에 존재하지 않았던 새로운 물질과 조성물을 만드는 학문으로도 알려져 있다.
다양한 원자들이 분자를 만들고 그 분자들이 모여서 화학물질을 만들어낸다. 이러한 화학물질의 성질은 원자들이 어떻게 연결되느냐에 따라 크게 달라진다. 화학은 '물질의 성질이 왜 다르며 어떻게 유효적절하게 이용할 수 있는가'에 대한 해답을 준다. 이를 통해 인류의 의식주 문제를 해결하고 에너지, 환경, 건강 유지, 수명 연장에 실질적인 기여를 하고 있다.
화학기술은 바로 이런 화학을 통해 새로운 제품과 물질을 만들어 부가가치를 창출한다. 화학기술은 자동차, 정보전자, 신재생에너지 등 주요산업의 발전에 필요한 중간재와 소재를 제공한다. 모든 산업의 기반기술 역할을 하는 것이다.[1]
목차
상세
2016년 3월 이세돌 9단을 이긴 알파고 리 인공지능의 뇌기능을 한 것은 컴퓨터의 기억·해석·연산·제어 역할을 하는 중앙처리장치인 CPU 1920개와 영상·음성·게임 등을 처리하는 그래픽카드인 GPU 176개였다. 이 때 알파고 인공지능은 1㎹의 엄청난 전력을 소모했다. 때문에 알파고의 최대과제는 인간을 이기는 것이기도 하지만 초저전력으로 초고속 성능을 가진 처리장치를 개발하는 것이었다. 그 뒤에 더욱 발전해 커제를 이긴 알파고 마스터와 기보를 배우지 않고도 스스로 강화학습을 통해 알파고 리를 이겨버린 알파고 제로는 인공지능전용 반도체인 TPU를 4개 사용, 전력소모를 1/10 수준으로 줄였다. 인공지능을 위해서는 초고속, 초고성능 초저전력 반도체가 필수이며, 그 핵심에 화학기술이 있다.
미래 자동차로 각광받는 자율자동차의 핵심도 초고속 초저전력 반도체와 배터리로 사용되는 이차전지, 차체 무게를 줄이기 위한 초경량 소재기술 등이다. 수소자동차는 수소를 연료로 사용하며 공기 중 산소와 전기화학 반응을 통해 에너지를 생산하는 연료전지가 핵심이다. 모두 화학기술이다. 과거의 자동차는 기계엔진이 핵심기술이었지만 미래의 자동차는 화학기술이 없이는 불가능한 것이다.
스마트폰·컴퓨터·TV·디지털 카메라 등 IT기기에 사용되는 액정인 LCD와 OLED 디스플레이는 폴리이미드필름 등 화학제품이 67%에 달한다. 디스플레이 제조 공정에 필수로 사용되는 다양한 감광제도 모두 화학물질이다. 스마트폰의 스크린·배터리·케이스·칩 등도 모두 화학기술이다. 우리 삶의 일상은 화학기술이 없이는 어려운 것이다.
질병을 예방하고 진단하며 치료하는 의약품의 85%는 화학물질과 화학기술로 만들어진다. 또 현재의 식량생산량으로도 모두 인간적인 생존이 가능하게 된 것도 화학기술 덕분이다.
인류의 문명은 하늘로 우주로 향하고 있다. 인공위성이나 우주탐사선이 대기권을 통과할 때 1600도 온도를 견뎌야 하며, 우주로 나가면 영하 160도를 버텨내야 한다. 이 온도를 감당하도록 몸체에는 합금·탄소섬유·차폐제·코팅제 등이 사용된다. 엔진은 초당 7.9㎞ 속도의 추진력을 가진 고체·액체 화학추진체가 필요하다. 화학기술이 없이는 우주시대도 불가능하다.
화학은 이렇듯 인공지능·자율자동차·스마트폰·식량 및 의약품·우주시대를 관통하는 핵심과학이자 요소기술이다. 인류 문명의 핵심에는 화학이 있는 것이다.
반면에 화학은 가습기, 살균제 등 생활 속 위험을 야기하기도 한다. 편리하게 사용해온 플라스틱은 인류의 건강과 환경에 치명적인 문제를 일으키고 있다. 인류의 에너지와 전기를 해결해준 석유와 석탄기반 산업·사회시스템은 기후변화와 미세먼지 문제를 일으키며 인류문명의 미래를 불안하게 하고 있다. 정체를 알 수 없는 신종 바이러스는 인간과 동물을 가리지 않고 다양한 신종 질병을 가져다주고 있다.
최근 화학연구는 인류문명에 밝은 영향을 미치는, 긍정적 측면을 확대하는 한편, 환경과 건강 등에 어두운 그림자를 드리우는 문제를 예방하거나 처리하는 연구를 강화하고 있다. 제4차 산업혁명 기술혁신이 확산될수록 화학에 대한 수요는 커질 것이고 환경과 건강을 위한 국민의 요구는 강해질 것이다.[2]
화학공학 관련 기술 분야
지속가능한 친환경 공정
- 바이오매스를 이용한 화학물질 생산
- 에너지 효율적인 촉매 공정 개발
- 폐기물을 이용한 에너지 및 화학물질 재활용
탄소 포집이용 저장CCUS
- 이산화탄소를 메탄이나 탄산염으로 전환하는 촉매 개발
- 탄소 포집 및 저장 기술 개선
- 이산화탄소를 사용하여 합성 연료 생산
바이오 기반 소재 생분해성 소재
- 식물 기반 바이오 플라스틱 개발
- 생분해성 고분자 재료를 이용한 포장재 개발
- 새로운 바이오 복합재료 연구
에너지 저장 및 변환
- 고성능 리튬 이온 배터리 개발
- 고효율 연료 전지 연구
- 유기 및 무기 복합 태양 전지 개발
고급Advanced 공정 제어 및 최적화
- 인공지능 및 머신러닝을 이용한 공정 최적화
- 실시간 공정 모니터링 및 제어 시스템 개발
- 가상 현실을 활용한 공정 시뮬레이션
바이오 기술 및 생화학 공학
- 세포 및 유전자 치료제 개발
- 바이오 연료 생산을 위한 새로운 미생물 균주 개발
- 식물 기반 바이오 소재 및 화학물질 연구
나노 기술 및 나노 재료
- 그래핀 및 카본 나노튜브 개발
- 나노 입자를 이용한 약물 전달 시스템 연구
- 나노 고분자 및 복합 재료 개발
막Membrane 기술
- 바이오 물질의 분리를 위한 고성능 막 개발
- 폐수 처리 및 정수를 위한 나노 필터 개발
- 가스 분리 및 정제를 위한 이산화탄소 선택적 막 개발
공정 기술
- 마이크로 반응기를 활용한 화학 반응 공정 개선
- 초음파를 이용한 촉매 반응 향상
- 반응성 증류를 통한 에너지 절약 및 공정 통합
전자 및 광학 소재 분야의 첨단 소재
- 유기 발광 다이오드OLED 소재 개발
- 페로브스카이트 태양전지를 위한 신규 재료 연구
- 유연한Flexible 전자 소자를 위한 고효율 전도성 재료 개발[3]
각주
- ↑ 김재현 한국화학연구원 원장, 〈지속가능한 미래를 위한 화학의 약속〉, 《사이언스타임즈》, 2013-03-13
- ↑ 고영주 한국화학연구원 박사, 〈<대덕포럼> 화학과 인류 문명의 미래〉, 《대전일보》, 2019-11-12
- ↑ 십분의 일, 〈화학공학 관련 기술 및 연구 분야 10가지〉, 《티스토리》, 2023-04-27
참고자료
- 〈화학공학〉, 《위키백과》
- 십분의 일, 〈화학공학 관련 기술 및 연구 분야 10가지〉, 《티스토리》, 2023-04-27
- 고영주 한국화학연구원 박사, 〈<대덕포럼> 화학과 인류 문명의 미래〉, 《대전일보》, 2019-11-12
- 김재현 한국화학연구원 원장, 〈지속가능한 미래를 위한 화학의 약속〉, 《사이언스타임즈》, 2013-03-13
같이 보기
