글 : 오민영 / 사진 : 박창수

지난 3년간 전 세계를 휩쓸었던 코로나19 사태는 시간이 지나면서 점차 사그라지는 추세다. 그러나 지구상엔 감염병 대유행의 여파인 일회용 마스크 폐기물이 떠돌며 새로운 환경오염 주범으로 악영향을 미치고 있다. 홍익대학교 김민경 연구팀이 리튬이온 전지 전극에 활용할 신소재로 폐마스크를 눈여겨본 이유다. 나아가, 한국여성과학기술인육성재단(WISET) 여대학원생 공학연구팀제와 연이 닿은 덕분에 아이디어 구체화와 더불어 과학기술정보통신부 장관상(대상)으로 실력을 인정받았다. 더 나은 세상을 완성하기 위해 오늘, 새로운 꿈에 도전하는 차세대 여성 과학자 네 명을 만나본다.

Q1. 밝은 미소가 아름다운 홍익대학교 김민경 연구팀은 참으로 활기가 가득합니다.

김민경 연구책임자 – 반갑습니다. 홍익대학교 화학공학과를 중심으로 결성한 우리 팀은 엄태식 교수님의 지도에 힘입어 2022년 여대학원생 공학연구팀제 지원사업을 무사히 마쳤습니다. 대학원 석사과정에 있는 제가 연구책임자를 맡았으며, 송상아, 김한미르, 전혜린 팀원이 전체 프로젝트를 뒷받침했습니다.

 

엄태식 교수 – 김민경 연구책임자가 작년 여대학원생 공학연구팀제 심화과정 연구팀의 일원으로 참여한 적이 있어요. 올해는 전반적인 연구 진행을 해야하는 연구책임자로 참여하는 것에 대해 잘 할 수 있을지 고민하더라고요. 물론 책임감이 막중하지만, 하고 싶은 연구에 도전해보는 경험은 자주 오는 기회가 아니라고 설득해 팀을 결성했죠. 시작이 어려웠을 뿐 나머지는 일사천리였습니다. 오히려 적극적으로 프로젝트를 진행하면서 다들 믿고 따를 수 있는 연구책임자다운 면모가 드러났답니다. 다른 세 팀원 역시 몰라보게 성장했어요.

덧붙여, 과분하게도 제게 우수 지도 교수상이 주어졌는데 우리 연구팀이 잘해서 같이 칭찬받았다고 생각합니다. 올바른 주제 방향과 최대한 효율적인 실험 방법을 안내하려 노력했는데요. 실은 일정에 맞춰 과제를 진행하도록 재촉한 기억이 더 오래 남네요.(웃음)

예전엔 공학 대학에 여대생이 있는 상황 자체가 드물었는데, 지금은 특히 화학공학 분야에 상당수 진출했고 단지 비율만이 아니라 실질적으로 우수한 성과를 거두고 있는 듯해 참 자랑스럽고 뿌듯합니다.

김민경 연구책임자 – 교수님 말씀대로 결심하기까지 쉽지 않았지만, 참여한다면 제대로 해보고 싶은 마음이 컸습니다.(웃음) 게다가 전국의 각 대학에서 기량이 대단한 연구팀이 동참하는 만큼 우리 또한 허투루 시간을 보내지 않기 위해 노력했죠. 다만 매사 심각하기보다는 언제나 신나는 기분으로 최선을 다하자고 다짐했답니다.

Q3. 언제나 신나는 기분으로 최선을 다하겠다는 다짐이 인상적인데요. 무한 긍정 에너지에 힘입어 ‘폴리프로필렌 폐마스크 기반 리튬이온 전지 전극의 개발’이란 주제를 성공적으로 이끌었습니다.

김민경 연구책임자 – 최근 이상기후를 비롯해 환경오염으로 인한 각종 문제가 대두하면서 오갈 데 없어진 쓰레기를 지구에 이로운 측면으로 재활용하려는 연구가 활발해지고 있습니다. 따라서 우리 연구팀은 다양한 폐플라스틱 종류를 염두에 두고 교수님과 논의를 거듭한 끝에 지난 3년간 코로나19 사태로 대폭 늘어난 일회용 마스크 폐기물을 타깃으로 정했어요. 해당 소재를 업사이클링해 리튬이온 배터리 음극 소재로 전환하고, 우수한 성능을 가진 전지를 개발해보고자 했죠.

연구 방향은 크게 두 가지로, 먼저 폐마스크를 전극 소재로 전환하는 공정이 이뤄져야 했는데 가장 어려운 절차다 보니 7개월 가운데 거의 다섯 달을 공들였습니다. 다행히 유용한 형태의 물질로 최적화하면서 배터리 음극에 적용했고, 상용 소재에 준하는 성능을 발휘하기에 이르렀답니다.

Q4. 일련의 과정에서 각자 집중했던 역할이 있었나요. 또, 연구를 통해 더욱 바람직하게 성장한 측면은?

김민경 연구책임자 – 본격적인 연구에 돌입하기 전, 초반 자료 조사와 더불어 구체적인 실험 과정, 추가로 필요한 수행 방향 등을 기획했어요. 또, 세 팀원과 상의하며 일정을 조율하고 진척 상황을 확인했습니다.

우선 모든 구성원이 기초 지식정보를 숙지하고 있어야 하기에 연관 논문을 탐색하고 학습하는 시간을 가졌고요. 수집한 폐마스크를 황산 용액 처리해 반응을 확인한 다음, 고온으로 탄화하고 탄소 소재로 전환하는 공정을 최적화했습니다. 이로써 얻은 우수한 물성을 리튬 이론 배터리 음극으로 적용할 땐, 전기화학 용량 충족과 정상적인 작동 여부를 파악했습니다. 아울러 성능 향상을 위한 후처리와 결과 확인을 재차 거쳐서 논문으로 정리했죠.

참고로, 전체 프로젝트 역할은 전부 동일하게 분담했습니다. 제가 중점적인 관리를 담당할 뿐, 실험은 계속해서 이뤄져야 하는 까닭입니다. 따라서 각자 2~3일마다 교대해 연구실에서 릴레이 방식으로 진행했습니다.

송상아 팀원 – 앞서 강조했듯, 전체 팀원의 기여도는 거의 같습니다. 더 나아가 저는 성과 발표 자료 정리에 조금 더 힘썼죠. 우리 팀이 맺은 결실에 대해 명확하게 알리려면 이미지와 텍스트를 짜임새 있게 배치하고 논리적으로 설명해야 할 테니까요. 덧붙여 여대학원생 공학연구팀제 참여 전엔 태양전지 분야에 관심이 있었는데요. 이번에 배터리 영역을 접하면서 김민경 연구책임자님에게서 영향받아 앞으로 유기 양극을 좀 더 심도 있게 배워보려 합니다.

김한미르 팀원 – 아울러 저는 데이터를 전기화학적으로 분석하고, 그래프 표현에 역점을 뒀습니다. 마침 연구실에서 반도체 배터리 분야를 연구하고 있는데 올해 과제를 통해 전극에 더 관심이 생겼어요.

전혜린 팀원 – 학부생으로 연구실에 합류한 지 얼마 지나지 않았기에 다른 팀원에 비해 전문성에 있어서 아쉬운 점은 있었을 텐데요. 다들 이해해준 덕분에 실험 초반 전처리와 음극재 제조에 더욱 심혈을 기울일 수 있었습니다. 또한, 우리 팀과 동고동락한 7개월을 계기로 대학원 진학을 결정했어요. 아직 명확한 진로는 정하지 못했으나 석사과정을 통해 차근히 원하는 길을 찾아보고자 합니다.

Q5. 예상치 못한 난관을 마주했을 때 해결하는 방법이 있었는지요.

김민경 연구책임자 – 연구가 항상 뜻대로 풀릴 순 없다지만, 실패를 번복하면 허탈한 마음을 감추기가 어렵죠. 그러나 우리 팀은 나이 차가 크지 않은 데다 서로의 입장에 공감하고 있기에 갈등은 좀처럼 없었습니다. 비결이라면 암묵적으로 일주일에 2~3회는 반드시 연구실에 나오고, 같이 정한 스케줄은 꼭 지키는 팀워크라고 할까요. 실험 일지 또한 열심히 작성하며 각자 제 몫을 다했습니다.

전혜린 팀원 – 그런 점에서 저는 연구팀에 참 감사해요. 실험 경험이 많지 않아 배려를 많이 받았거든요. 덧붙여 우리가 연구 수행하면서 느낀 고충은 위험 예방이었어요. 전처리하다 보면 강한 산성 혹은 염기성 물질을 다뤄야 해서 실수로 튀면 다칠 수 있거든요. 예방책은 실험복과 장갑을 착용하는 방법이 유일하니, 다들 철저히 지켰습니다. 실험할 땐 만전을 기하지만, 연구실을 벗어나면 맛있는 간식을 먹으며 수다로 스트레스를 풀었답니다.(웃음)

Q6. 서로 절친한 만큼, 유난히 기억에 남는 일화가 많을 듯합니다.

송상아 팀원 – 전혜린 팀원이 밝혔듯, 화학 실험은 주의를 기울여야 하는데요. 새로운 연구를 하면서 낯선 기기와 위험성이 있는 물질을 쓰다 보면 특히 혼자 있을 때 긴장할 수밖에 없죠. 그렇다 보니 외려 실수해서 강염기성인 수산화칼륨이 아닌 염산을 사용해 전처리하는 바람에 결과가 원점으로 돌아간 적이 있습니다. 물론 안전을 가장 우선시하던 터라 별문제 없었지만, 과제는 다시 해야 했어요.(웃음)

김한미르 팀원 – 일례로 황산을 사용하고 나면 안전을 위해서 실험 도구를 중화하고 세척해야 하는데요. 열심히 닦았지만, 물질이 얼마나 강한지 리트머스 용지로 산도 측정할 때 언제나 산성을 의미하는 빨간색이에요!(웃음)

이 같은 역경을 딛고, 보람을 느낀 사례가 있습니다. 전처리를 마친 폐마스크를 고온 탄화하면 이상하게 다 타버려서 수율이 0%에 가까웠을 때, 이유를 몰라서 모두 허탈해한 적이 있어요. 그러나 포기하지 않고 방법을 달리해가며 번복해 마침내 성공했고, 하나 같이 기뻐하며 기념사진을 촬영했죠.

Q7. 이 자리를 빌려 어렵사리 거둔 성과를 자랑해주세요.

김민경 연구책임자 – 폐마스크를 리튬 전지 전극 소재로 개발한다는 아이디어는 우리 연구팀에서 최초로 구상했어요. 기존엔 실행한 적 없는 과제라서 더 쉽지 않았는데요. 7개월간 다채로운 시도를 통해 황산을 통한 전처리 방법을 알아냈고, 앞으로 구체적인 내용이 담긴 논문을 내고자 합니다. 이미 올해 10월 말 한국화학공학회에서 구두 발표를 거쳐 성과를 발표한 바 있습니다.

Q8. 공학연구팀제와 더불어 배우거나 얻은 결실이 있다면요.

김민경 연구책임자 – 작년에 팀원으로서 제가 해야 할 역할에만 몰입했다면, 이제는 기획부터 마무리까지 전체 연구를 이해하는 관점과 자신감이 생겼습니다.

송상아 팀원 – 전공 지식에 갇히지 않고 실험 기기를 다루며 더욱 폭넓은 경험을 할 수 있었죠. 물성 분석 시 사용하는 현미경을 다루고 그래프를 분석하면서 더욱 성장했습니다. 또, 김민경 연구책임자님 어깨 너머로 연구과제 제반 서류를 처리하는 방법까지 익혔습니다.(웃음)

김한미르 팀원 – 제가 배운 바를 몸소 확인하고 기기와 장비로 확인하며 연구에 매력을 느꼈습니다. 논문과 자료에서 핵심을 파악하는 능력 또한 많이 늘었다고 생각합니다.

전혜린 팀원 – 이론을 아는 데서 그치지 않고 증명해보는 시간이 매우 즐거웠습니다. 송상아 팀원과 마찬가지로 관련 그래프를 파악하는 역량을 더 키울 수 있었고요.

엄태식 교수 – 여대학원생 공학팀제는 학계에 인재 두 명을 보내주었습니다. 김한미르 ‧ 전혜린 팀원이 대학원에 진학했거든요.(웃음) 연구에서 진정한 재미를 찾고 진리를 모색하는 마음으로 같은 길을 걸어갈 수 있다면 저로서는 가장 큰 결실이 아닐까요.

Q9. 끝으로, 의미 있는 시간을 공유한 사이로서, 응원의 메시지 한 말씀 부탁드립니다.

김민경 연구책임자 – 저는 앞으로 연구팀과 일군 성과를 더욱 발전시켜 나가며, 학계에 뚜렷한 자취를 남기고 싶습니다. 우리 팀원 여러분 역시 멋진 꿈을 향해 나아가길 바라봅니다.

송상아 팀원 – 대학원에서 더 많은 연구를 경험하고 배우며 관련 연구소에서 뜻을 펼치고 싶습니다. 저를 포함해 김민경 연구책임자님과 팀원 모두 바라는 바를 꼭 이루길 기원합니다.

김한미르 팀원 – 석사과정에서 더욱 기량을 갈고닦아 우리 사회에 도움을 주는 연구자로 거듭나고 싶어요. 여성과학기술인으로서 ‘큰사람’이 되어 꼭 만나요.

전혜린 팀원 – 연구팀에서 협동과 존중이라는 가치를 깨달았습니다. 항상 마음에 새기며 여성 과학자로 성장하겠습니다. 우리, 정상에서 다시 만나자고요!