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HYU Social Service Team

한양대학교 지속가능발전목표 선언문(SDGs)

한양대학교는 ‘사랑의 실천’이라는 건학정신을 바탕으로 세상을 이롭게 하는 인재를 양성합니다.
한양의 인재는 이웃, 지역사회, 나아가 전 세계를 위해 배움을 실천하는 리더로서의 책임을 다할 것입니다.

한양의 인재상은 모든 세계시민이 함께 이루고자 하는 지속가능발전목표(SDGs)의 철학과 맞닿아 있습니다.
우리 한양인은 시대가 요구하는 대학의 책임을 다하기 위해 지속가능발전목표 달성에 함께할 것을 아래와 같이 선언합니다.

1 빈곤 증식

2 기아 종식

3 보건 및 웰빙

4 양질의 교육

5 성평등

6 깨끗한 식수

7 에너지 보장

8 경제성장

9 인프라 구축과 산업화 확대

10 불평등 감소

11 지속가능한 도시와 거주지 조성

12 지속가능한 소비와 생산양식 확립

13 기후변화 대응

14 수자원 보호

15 육상 생태계 보호

16 평화롭고 정의로운 사회 증진과 제도 구축

17 이행수단과 글로벌 파트너십 강화

한양의 지속가능발전목표 행동

[이달의연구자] 이상욱 교수, 컴퓨터 시뮬레이션으로 신재생에너지 세계를 열다

SDGs-07
작성자
심여은
작성일
2019-11-18 12:35
조회
872

‘촉매’가 다시 한번 주목받고 있다. 최근 촉매 기술이 수소에너지 생산, 고효율 연료전지 및 에너지저장장치(ESS) 개발 등 신재생에너지 분야에 핵심 역할을 하면서다. 보통 화학 공정에서는 철이나 알루미늄, 구리, 니켈 등 저가 금속을 촉매로 사용해도 대량생산에 필요한 효율을 얻을 수 있다. 하지만 신재생에너지 분야는 다르다. 신생 기술이다 보니 관련 연구가 충분히 이뤄지지 않아 고가 금속을 사용해야 한다. 이상욱 화학분자공학과 교수는 값비싼 희토류 대신 탄소 등 비금속 물질을 촉매로 사용할 수 있도록 돕는 컴퓨터 시뮬레이션 방법론을 개발했다. 
화학반응에서 자신은 소모되지 않으면서 반응 속도를 더 빠르게 혹은 느리게 조절하는 물질을 촉매라 한다. 마치 터널처럼 높은 산을 이전보다 단시간에 통과할 수 있게 하는 역할이다. 이전에는 합성수지, 포장재, 자동차 내외장재 등을 만드는 데 쓰였지만 현재는 신재생에너지 개발에 쓰이고 있다. 하지만 재료비로 인한 경제적 부담이 만만치 않다. 수소에너지를 예시로 물을 전기 분해하기 위해 촉매로써 백금을 사용해야 하는데 그 값만 약 40억~50억 원이 들어간다. 따라서 값싼 촉매 개발에 무엇보다 중요하다. 

▲ 이상욱 화학분자공학과 교수가 값비싼 희토류 대신 탄소 등 비금속 물질을 촉매로 사용할 수 있도록 돕는 컴퓨터 시뮬레이션 방법론의 필요성에 대해 설명하고 있다. 

촉매 소재 개발을 위해서는 촉매 표면에 주목해야 한다. 현재 이론적으로 알려진 촉매 반응 메커니즘은 엘레이 리디얼 반응(ER, Eley-Rideal Reaction)과 랭뮤어 힌쉘우드 반응(LH, Langmuir-Hinshelwood Reaction) 두 가지로 구분된다. 기존 연구개발은 에디슨식 접근으로 각각의 물질을 하나씩 모두 실험해보고, 그중 되는 하나를 찾느라 비효율적이었다. 이 교수는 인실리코(In Silico) 방식을 사용해 컴퓨터 시뮬레이션 작업으로 많은 물질의 특성을 동시에 해석했다. 양자역학/분자 동역학 기반의 전산 작업을 통해 전자 재료 소재, 에너지 소재, 나노 소재의 물리 화학적 성질을 알아낸 것이다. 이는 전자, 원자 수준에서 구조와 물리적 성질 사이의 상관관계를 해석했다는 점에서 의미가 깊다.

▲ 이상욱 교수가 개발한 컴퓨터 시뮬레이션 방법론 OPNS(One probe & NEGF surface)을 통해 촉매 표면에서 나타나는 두가지 반응인 엘레이 리디얼 반응(ER, Eley-Rideal Reaction)과 랭뮤어 힌쉘우드 반응(LH, Langmuir-Hinshelwood Reaction)을 구분할 수 있다. (이상욱 교수 제공)



이 교수는 컴퓨터 시뮬레이션을 연구에 적용하게 된 계기에 대해 “그래피틱 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride) 소재를 해석을 요청받아 연구하던 중 보편적으로 사용되는 에디슨식 접근 방법이 문제가 많다는 것을 깨달았다”며 “화학반응은 반드시 전자의 흐름을 명확하게 고려해야 하는데, 기존의 방법으로는 소 뒷걸음질 치다가 쥐 잡은 격으로밖에 연구하지 못했다”고 밝혔다. 때문에 이번 연구도 고성능컴퓨팅(HPC) 서버로 컴퓨터 시뮬레이션으로 자연현상에서 벌어지는 원자, 전자 운동 수식을 풀었다고 밝혔다. 이 교수는 “기존의 실험적인 연구 방법만으로는 전쟁터에 칼 한 자루만 들고 나가는 것”이라며 “기존의 실험적인 방법과 컴퓨터 시뮬레이션 방법 두 가지가 동시에 선행되어야 방패도 가지고 나가는 것”이라고 말했다. 
 



▲ 이상욱 교수가 이번 연구에 사용된 고성능컴퓨팅(HPC) 서버를 가리키며 “1000개가 넘는 코어를 통해 컴퓨터 시뮬레이션 작업이 이루어지고 있다”고 말했다. 

기사원문: http://www.hanyang.ac.kr/surl/ZmZ6

 

 
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