세계 상위 2% 과학자들 이끈 광운대 플라즈마바이오과학연구소, 환경·농업 판도 바꾼다

- 광운대 플라즈마바이오과학연구소, 플라즈마 환경저감시장 새로운 체인저로

- 교육부 지원 대학중점연구소, 2030년까지 플라즈마 환경바이오 융합기술연구 지원

- 플라즈마 실용화 분야 세계적 권위자 최은하 교수 “글로벌 선진연구기관으로 도약”

최은하 광운대 교수 겸 플라즈마바이오과학연구소 소장

지구환경오염으로 인한 이상 변화가 가속화되면서, 우주와 생명을 이루는 기본 물질인 플라즈마가 환경오염 저감 및 인류건강 증진의 새로운 체인저로 급부상하고 있다. 저온 대기압 플라즈마를 활용해 기존 환경오염 저감산업 시장에 진입하면, 코로나 플라즈마 방전 기술, 고전력 Kw급 마이크로 웨이브 고온 플라즈마 방전 기술, 고전력 KW급 펄스파워의 고온 플라즈마 방전 기술로 약 400조원 규모가 형성된다는 전망이다.

플라즈마에 대한 관심이 높아지면서 연구도 활성화되고 있다. 국내 플라즈마 분야 연구는 20년 정도이지만, 기술력에서는 세계와 어깨를 나란히 하고 있다. 플라즈마 연구의 세계적 권위자인 최은하 플라즈마바이오과학연구소장을 비롯한 광운대 5명의 교수가 국가 R&D 사업으로 국내 플라즈마 연구를 이끌고 있기 때문이다. 5명의 교수는 미국 스탠퍼드대와 세계적 출판사 엘스비어사가 선정한 세계 상위 2% 과학자로 선정되기도 했다. 본지에서 최은하 소장을 만나 플라즈마연구 동향과 방향에 대해 살펴봤다. <편집자주>

광운대 플라즈마바이오과학연구소, 플라즈마 환경바이오융합 산실로

플라즈마는 제4의 물질 상태로, 핵융합에너지 상용화를 위한 대표적 파생기술로 잘 알려져 있다. 실제로 형광등, 네온사인, PDP 등 일상 속에서 플라즈마 상태를 확인할 수 있으며, 나노분야,IT 분야, 친환경 분야, 바이오 분야 등에서 넓게 활용되고 있는 플라즈마가 환경회복의 핵심으로 떠오르면서 플라즈마 시장도 급속도로 커지고 있다.

국내 플라즈마 연구에서 선두는 단연 최은하 소장이다. 플라즈마 실용화 분야 세계적 권위자인 최은하 소장이 이끌고 있는 ‘플라즈마바이오과학연구소’는 2010년 선도연구센터 지정 이후 플라즈마바이오 과학 분야에서 여러 가지 의미있는 연구 결과를 내보였다. 이러한 성과를 인정받아 미국 스탠퍼드대와 세계적인 출판사 엘스비어사가 선정한 세계 상위 2% 과학자에, 광운대 플라즈마바이오과학연구소 소속 5명의 교수가 선정되기도 했다. 선정은 2021년까지 총 6개의 지표를 기반으로, 학문 분야별 최소 5편 이상의 논문 발표 연구자를 대상으로 평가를 진행한 결과다.

국제 연구 인프라 및 네트워크로 플라즈마 국제연구 선도하는 이 연구소에는 해외 상위급 우수한 학생들이 유학 와서 연구하고 있다.

이처럼 다양한 국내외 산학연 협력연구 및 기술이전을 수행하기도 한 플라즈마바이오과학연구소는 교육부 및 한국연구재단에서 실시 및 지원하는 대학중점연구소 사업에 선정돼 2021년부터 2030년까지 플라즈마 환경바이오 융합기술의 연구에 매진 중이다.

플라즈마바이오과학연구소는 대기압 플라즈마 환경 바이오 융합과학의 국민생활건강 증진을 위해 친환경 기술을 구현하는 한편, 광운대 특성화 전문화 비전인 2030 ICT- 융합, 환경 바이오 기기 산업화를 추진한다. 이를 통해 광운대 PBRC를 활용한 서울동북권 지역사회 발전에 기여하는 한편 플라즈마 거점 연구소 역할에 충실하겠다는 목표다.

연구소가 지향하는 두 가지 목적은 플라즈마 환경바이오융합과학의 고부가가치 창출과 전문인력양성이다. 연구소는 현재 플라즈마 산학협력으로 산학협동 연구개발 인프라를 조성, 기업체 기술이전 및 상용화를 추진하고 있다. 광운대 KOLAS 인증기관 유치로 서울시 시험인증대행 업무를 수행할 수 있는 플라즈마 시험인증도 가능하다. 이러한 인프라를 바탕으로 플라즈마 융합과학의 신분야를 창출해 생활환경을 개선할 수 있는 융합기술을 확보하고 있다. 또한 융합 기술의 고급인력 양성으로 산업체 기술인력에 고급 교육을 제공하고 있기도 하다.

과산화수소 친환경 생산법 및 코로나바이러스 새로운 치료법 등 연구성과 선보여

플라즈마 물리학 3인, 물리학 3인, 화학 1인, 환경공학 3인, 생물학 3인 등 각 분야 전문가를 포함하고 있는 연구소는 총 15인의 전문인과 관련 대학원생 25명으로 구성되어 있다. 대학원생의 참여는 50인 규모로 점차 확대해 나갈 계획이다. 플라즈마 환경 융합 우수논문 실적이 월등하다. 1단계인 현재 연구 실적은 SCI 논문 109편, 특허 7편이다. 특히 물처리, 화학제조, 의료 등 다방면에서 주요 산화제로 쓰이고 있는 과산화수소를 기존 방법보다 환경 친화적이고 효율적인 방식으로 생산하는 새로운 접근법을 제시한 논문이 주목을 받았다.

이외에도 물에서 안정적이고 독성이 강한 물질인 PFOA를 분해하는데 있어 플라즈마 촉매의 환경 정화 작용에 대한 포괄적 내용을 담은 논문, Normal zero valent iron(Fe)을 황으로 처리하여 만든 S-nZVI가 질산염 제거에 효과적이며, 이를 통한 지하수 정화에 새로운 대안이 될 수 있다는 논문, 유기 발광 다이오드의 효율과 밝기 및 안전성을 대폭 향상시키는 새로운 폴리-폴리이미드 공중합체 중간층 소개 논문, 질소산화물이 풍부한 플라즈마 활성화 물을 사용해 코로나바이러스를 효과적으로 불활성화하고 숙주 폐세포의 항바이러스 유전자 반응을 개선하는 새로운 치료법을 제시한 논문 등을 발표해 화제가 됐다.

이 중 코로나바이러스 비활성화에 대한 연구는 새로운 형태의 코로나바이러스가 향후에도 계속 출현할 것으로 전망되는 현재, 상당히 유용한 연구라는 평가다. 연구진은 코로나바이러스에 감염된 폐 숙주세포가 NO-PAW에 의해 효과적으로 억제됐다는 결과로 치료에 적용 가능한 NO-PAW 잠재력에 대해 시사했다. 현재 플라즈마 NO-PAW를 적용하는 새로운 접근법은 코로나 바이러스 비활성화로 이어져 숙주의 향바이러스 반응에 관여하는 유전자 수준을 크게 개선시켰다.

국내외 학자의 세미나 광경

플라즈마 연구에서 산업현장 실사용 단계까지 원스톱

의미있는 기술특허 출원 실적도 눈에 띈다. 플라즈마 NO 활성종 발생 기술을 개발한 것이 대표 실적인데, 이를 통해 친환경 농업용 플라즈마 처리수를 제조한 것이 주목받는 부분이다. 이는 지난 2022년 연구에서 시작된 것으로, 플라즈마 발생장치에서 생성되는 활성공의 종류와 양을 선택적으로 제어할 수 있도록 구성된 플라즈마 소스시스템에 대한 발명이다.

연구소는 연구결과를 바탕으로 플라즈마 처리수 제조 장치에 대한 특허출원을 진행했다. 이는 기초 연구 단계에서 벗어나 연구소 내 기술벤처 창업으로 산업현장의 실사용 단계에 진입한 의의를 가진다. 최은하 소장은 이 특수처리된 활성수로 작물을 키우게 되면, 작물에 따라 30~70% 생육발달과 병충해에 예방효과가 있다는 의견이다. 일반 물에 저온대기압 공기플라즈마로 활성산소 및 질소이온을 생성시키는 것이 핵심인데, 식물의 성장호르몬 및 면역체계에 자극전달물질로 적용된다는 것이다. 이외에도 곰팡이 및 박테리아가 줄고 바이러스병에 강한 저항성을 가지는 것도 이점이다. 현재 개발된 플라즈마 활성수 처리 장비는 기본적으로 2시간에 40리터의 활성수를 300W의 저전력으로 생산할 수 있다. 이 정도 양이면 약 200평 농지에 사용 가능하다.

플라즈마바이오과학연구소 개소식

본지 이도수 발행인과 대화 나누고 있는 최은하 교수(좌)

국제 연구 인프라 및 네트워크로 플라즈마 국제연구 선도

연구소는 매년 국제학회를 통해 연구 실적을 공유하는 등 국제적인 연구 인프라 및 네트워킹 조성에 기여하고 있기도 하다. 유럽, 미국, 일본, 한국에서 진행되고 있는 플라즈마 환경의 신기술 및 적용현황, 농업의 신기술 및 적용현황 등에 대해 학술교류 활발히 이어가고 있는 것이다.

지난 2021년 코로나 사태로 인해 비대면으로 개최한 ICPM8국제학회에서 환경 바이오 플라즈마 연구 결과를 공유했고 2023년 IWOPA4학회에서는 농업 플라즈마 연구 결과를 공유하기도 했다. 2021년부터 2023년까지 진행된 ISPB 국제학회에서는 환경 바이오 플라즈마 연구 결과가 주요 공유 사항이었다.

최은하 소장은 플라즈마바이오과학연구소를 통해 플라즈마 국제수준 유지 및 기술 상용화에 박차를 가한다는 계획이다. 지난 2022년 식약처로부터 플라즈마 의료제품 분야 국가표준제시에 대한 공로를 인정받아 표창장을 수여받기도 한 그는 플라즈마 제품의 국제 표준화 업무를 이어가는 한편, 국제적 수준의 연구논문 발표를 이어가겠다는 목표다.

대기압 플라즈마 환경 바이오 융합연구를 통한 대기, 수질, 토양의 환경오염 개선 연구 결과를 기업체에 기술이전해 청년사업 활성화에 적용하겠다는 의지도 변함이 없다. 이를 통해 지역경제를 활성화하고 연구 결과를 확산해 플라즈마 환경바이오과학연구분야를 선도하는 연구소로 도약할 것으로 보인다.

최은하 소장은 “플라즈마바이오과학연구소가 전지구적 문제인 환경오염문제에 기여할 수 있을 것으로 본다. 광운대 플라즈마바이오과학연구소는 글로벌 연구역량을 갖춘 인재를 양성하고 선진연구기관으로 도약할 수 있도록 최선의 노력을 다해 나갈 것”이라고 의지를 다졌다.

김주현 기자 / 사진 원동현 실장