스토리R
오늘의 질문이 바꾸는 내일의 과학,그린 암모니아 시대를 열다 한국과학기술원(KAIST) 최민기 교수
이달의 과학기술인상 수상자의 연구 여정을 돌아보며, 그 속에서 탄생한 주요 성과와 과학기술이 열어갈 미래를 그려봅니다.
그린 암모니아 시대를 열다 한국과학기술원(KAIST) 최민기 교수
흙이 단단해야 싹이 돋고, 뿌리가 깊어야 나무가 자랍니다. 오늘의 노력이 내일의 열매가 되기까지 기본을 다지는 일은 언제나 중요합니다. 최민기 교수는 기초 과학의 토대를 튼튼하게 쌓고, 그 위에 용감한 질문을 던지며 과학적 상상력을 펼칩니다. 그렇게 모두가 당연하다고 생각해 질문을 아꼈던 기존 공정을 새롭게 바라보고, 친환경 암모니아 합성을 위한 고성능 촉매를 개발했습니다. 좋아하는 일을 따라 걷다 보니 어느새 과학자가 되었다는 최 교수의 즐거운 연구 여정을 함께 들여다봅니다.
이달의 과학기술인상
우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를
매월 1명 선정하여 과학기술정보통신부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상
Chapter 01 인물탐구
최민기1981년생
소속
한국과학기술원
주요학력
- 2004.03. ~ 2007.02.
KAIST 화학과 박사 - 2002.03. ~ 2004.02.
KAIST 화학과 석사 - 1998.03. ~ 2002.02.
KAIST 화학과 학사
Chapter 02 ‘척척박사’가 ‘박사’가 되기까지
한때 “꿈이 뭐야?”라는 질문에 반 아이들 절반이 ‘과학자’라고 답하던 시절이 있었습니다. 소년에게 과학자는 처음부터 특별한 꿈은 아니었습니다. 하지만 누군가의 말 한마디는 한 사람의 삶을 바꾼다는 말이 있죠. 아름다운 자연을 간직한 강원도 춘천에서 무언가 만들고 고치기 좋아하던 소년의 모습을 본 가족들이 ‘척척박사’라고 부르기 시작하면서 이야기는 달라집니다. 사실은 고치려다 망가뜨리는 경우가 더 많았지만, 별명 덕에 소년의 마음에는 과학에 대한 호기심이 싹트게 되었습니다. 좋아하는 일을 따라 우직한 발걸음을 옮긴 최민기 교수는 기초과학인 화학을 공부하고, 마침내 과학 박사의 길을 걷게 됩니다.
기초과학의 세계에 푹 빠진 그는 화학 현상을 깊이 있게 분석하고, 이론적으로 해석하며 내공을 쌓았습니다. 탄탄한 기본기 위에 선 최민기 교수는 기초 과학적 이해와 화학공학을 이어 촉매 연구에 본격적으로 뛰어듭니다. 촉매는 화학 반응을 빠르고 효율적으로 일어나도록 돕는 물질로, 현대 화학 산업에서 중요한 역할을 하는 물질인데요. 그가 가장 먼저 배운 촉매 반응은 하버-보슈 공정으로, 공기 중의 질소(N2)와 수소(H2)를 반응시켜 암모니아(NH3)를 합성하는 기술입니다. 암모니아가 특별한 이유는 이러합니다. 비료와 의약품 등의 핵심 원료일 뿐 아니라 수소 저장 밀도가 높은 덕에 장기 저장과 장거리 운송이 가능한 차세대 에너지 매개체로 주목받고 있다는 것. 하지만 하버-보슈 공정은 500℃ 이상의 고온과 100기압 이상의 고압이라는 두 조건을 충족해야만 암모니아를 합성할 수 있다는 까다로운 한계가 있었죠. 합성 과정에서 막대한 에너지가 소비되고, 이산화탄소를 배출해 환경에 상흔을 남긴다는 문제도 있었습니다. 최 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 하버-보슈 공정에 용감한 물음표를 던지게 됩니다. “흥미로운 점은 하버-보슈 공정이 개발된 지 100년이 지난 지금도, 당시 촉매와 공정을 거의 그대로 사용한다는 사실입니다. 개선 여지가 없어서라기보다는, ‘완성된 기술'이라는 인식에 후속연구가 부족했기 때문이 아닐까 해요. 여전히 규명되지 않은 부분이 많고, 그린 암모니아 생산 등 후속연구의 파급력도 크다고 생각했습니다.”
- 하버-보슈 공정 독일의 ‘프리츠 하버’와 ‘카를 보슈’에 의해 개발된 암모니아 대량 합성법(질소-수소 반응)으로, 인류 식량 문제를 해결한 중요한 화학 기술 중 하나로 평가
Chapter 03
당연한 건 없으니까요!
오래된 마침표에 던진 물음표
최민기 교수 연구팀은 하버-보슈 공정의 한계를 극복하기 위해 루테늄(Ru) 촉매와 산화바륨(BaO) 첨가제를 도입하는데요. 두 물질을 전도성 탄소 지지체 위에 배치해 마치 ‘화학 축전지’처럼 작동하는 신개념 촉매 시스템을 개발하기에 이르죠. 반응 도중 수소 분자(H2)가 분해되어 수소이온(H⁺)은 산화바륨에, 전자(e⁻)는 루테늄에 각각 저장됩니다. 루테늄 촉매는 축적된 전자를 활용하여 질소 분자(N2)를 빠르게 활성화하고, 암모니아 합성 반응의 효율을 높일 수 있었다고 해요.
① 암모니아 합성 반응 중 생성된 수소 원자(H) → 수소이온(H⁺)과 전자(e⁻)로 분리② 수소이온(H⁺) → 산화바륨(BaO), 전자(e⁻) → 루테늄(Ru)에 각각 저장되는 시스템
연구팀은 신개념 촉매 메커니즘을 바탕으로, 전도성 탄소 지지체의 나노 구조와 일함수*를 정밀하게 제어했습니다. 그 결과 300℃와 10기압이라는 온건한 조건에서도 기존 최고 수준 촉매 대비 7배 이상 높은 암모니아 합성 성능을 달성했습니다. 저온·저압 조건에서 실질적으로 활용할 수 있는 촉매 성능을 확보해 기존 하버-보슈 공정을 대체할 수 있는 친환경 암모니아 생산 기술의 가능성을 찾아낸 셈이죠. 수소 경제 실현과 탄소중립 달성이라는 중대한 목표 앞에 서 있는 현시점에서 핵심적인 연구성과를 도출했다는 평가를 받고 있습니다.
전자가 금속 표면을 벗어나기 위해 필요한 에너지
그의 연구는 단순히 반응 메커니즘을 규명하는 데 그치지 않고, 산업 공정 적용에 이르는 노력이 더해졌다는 점에서 높은 평가를 받고 있습니다. 이번 연구결과 또한 실용화를 위한 추가 연구를 이어갈 예정이라고 밝혔는데요. 그린 암모니아를 경제적으로 합성하고, 대량생산이 가능한 방법을 찾아내는 데 집중할 계획입니다. 아울러 연구팀은 암모니아를 분해해 수소를 얻는 기술에도 이번에 도출한 촉매 설계 원리에 적용할 수 있을지 검증할 예정입니다. “촉매 연구의 궁극적인 목적은 산업적 활용입니다. 대형 스케일의 공정을 고려하지 않고 기초연구에만 머무르면 현실과의 간극이 커질 수 있죠. 그 간극은 언젠가 누군가가 메워줄 것이라 기대하지만, 사실 연구자로서 가장 어려운 부분을 남에게 미루는 것이라고 생각합니다. 저는 기초 연구와 실용 연구가 분리된 것이 아니라 연결된 과정으로 생각해 이 둘을 함께 아우르는 연구를 하고자 합니다.”
Chapter 04 지속가능한 미래를 만드는 연구
100년 동안 지속된 공정을 넘어 친환경 암모니아 합성의 게임 체인저 역할을 할 것으로 기대되는 최 교수의 연구는 올 2월 국제학술지 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)에 게재되는 쾌거를 이루었는데요. 촉매 반응의 새로운 이론적 틀을 제시했다는 점을 인정받은 셈입니다.
최 교수는 대부분의 시간을 연구와 학생 교육에 쏟고 있습니다. 그는 연구실 학생들에게 늘 두 가지 질문을 던집니다. 첫째는 “정말 중요한 문제에 도전하고 있는가?”입니다. 남의 생각에 휘둘리지 않고, 자신이 진심으로 중요하다고 믿는 문제를 깊이 고민하여 확신을 갖기를 바라는 마음에서입니다. 둘째는 “끝까지 파고들어 완벽히 이해하고 마무리했는가?”입니다. 과학자는 늘 평가받는 위치에 있기 때문에 조급해질 수 있지만, 최 교수는 스스로 납득할 때까지 깊이 파고들어야 비로소 의미 있는 성과를 얻을 수 있다고 강조합니다.
조금씩 연구 성과를 인정받으면서 그의 일상은 한층 바빠졌습니다. 초청 강연은 물론 국제 제올라이트 학회(IZC) 위원 활동 등 새로운 책임도 늘어났습니다. 특히 촉매 분야에서 영향력 있는 저널인 ACS Catalysis의 편집자문위원으로 봉사하며, 새로운 연구 주제를 발굴하는 과정에 함께하고 있습니다. 다양한 배경의 연구자와 학문의 흐름을 가늠하면서 자신의 연구에서 자극을 느끼고 있죠. 자신의 연구가 미래 세대의 연구자들에게 의미 있는 흔적으로 남기를 바라는 그는 이제 또 하나의 가능성을 써 내려가고 있습니다.
속닥속닥! 못 다한 이야기 연구자 TMI
- 2025년 11월의 과학기술인상 수상을 진심으로 축하합니다. 뜻깊은 상을 받게 되어 정말 기쁘고 영광스럽습니다. 때로는 느리고, 인정받기 어려운 길이었지만, 언제나 깊이 있고 의미 있는 연구를 하자는 마음으로 연구실 구성원들과 함께 걸어왔습니다. 이번 수상은 그 노력에 대한 소중한 보답이라 생각해 큰 보람을 느낍니다. 그간 저를 믿고 함께해 준 연구실 식구들에게 진심 어린 감사의 마음을 전합니다!
- 가을과 겨울이 맞닿은 11월입니다. 교수님의 근황이 궁금해요. 루틴이 있는 삶에 익숙한 편이라, KAIST에 부임하고 15년간 일상은 늘 대동소이합니다. 대부분 시간을 연구와 학생 교육에 집중하며, 틈틈이 운동하고, 답답할 때면 취미로 그림을 그리기도 해요. 이런 일상들이 저에게는 의미 있고 소중합니다. 최근에는 연구 성과들이 조금씩 인정받기 시작하면서 초청 강연이나 국제 제올라이트 학회(IZC) 위원 활동 등 새로운 책임도 늘어 삶의 균형을 유지하기 위한 나름의 노력을 하고 있습니다.
- 이번 연구를 진행하면서 어려웠던 점은 무엇이었나요? 과학에서 가장 어려운 순간은 언제나 ‘중요한 질문’을 던지는 초기 단계입니다. 암모니아 합성은 워낙 많은 연구가 축적된 분야라 새로운 질문을 찾는 일이 쉽지 않았어요. 제 과학적 호기심 때문에 학생들을 힘들게 하는 게 아닐까 걱정도 했습니다. 그러던 어느 날, 커피 한 잔을 앞에 두고 학생들과 기존 문헌 결과에 대한 토론을 이어가던 중, 마침내 ‘중요한 질문 하나와 그에 대한 가설’을 떠올릴 수 있었습니다. 그 순간 모두가 흥분했어요. 특히 제 앞에 있던 학생은 단 일주일 만에 가설을 뒷받침하는 결과를 가져왔고, 그때부터 연구는 고통이 아닌 함께 즐기는 여정이 되었습니다.
- 과학자로서 궁극적으로 해결하고 싶은 연구 목표가 있으신가요? 친환경적이고 에너지 효율적인 촉매와 흡착 기반 화학공정을 개발하고 싶습니다. 그래서 촉매 분야와 이산화탄소 포집 분야를 집중 연구하고 있습니다. 연구자의 길을 마무리하는 순간까지 제가 이끌어온 연구 성과들 중 일부가 실용화되어 사회에 기여할 수 있기를 바랍니다. 많을 필요는 없어요. 몇 개면 됩니다. 동시에 그 과정 속에서 발견된 과학 원리들이 학문적으로 정리되어 관련 분야의 서적에 실리고, 후학들에게 지적·학문적 영감을 줄 수 있다면 더할 나위 없겠습니다. 정리하면 제 연구가 당대의 문제 해결에만 그치지 않고, 미래 세대의 연구자들에게도 의미 있는 흔적을 남기는 것이 목표라고 할 수 있겠네요.
- 미래 과학기술자를 꿈꾸는 학생들에게 조언 한마디. 좋아하는 일을 따라가고, 존경하는 분들의 발자취를 좇다 보니 지금의 자리에 이르게 되었습니다. 과학자를 꿈꾸는 학생들에게 ‘좋아한다면, 즐겨라!’라는 한 마디를 전하고 싶습니다. 요즘은 의대처럼 안정된 길이 각광받는 시대라지만, 본인이 진정으로 좋아하는 일이라면 다른 사람의 평가에 흔들릴 이유가 없습니다. 좋아하는 일을 하다 보면, 그 과정 자체가 즐거워지고, 몰입하다 보면 잘하게 되고, 자연스럽게 최고의 자리에 오르게 되는 법이니까요. 우리는 종종 한 걸음을 내딛는 데보다, 그 걸음을 내딛을지 말지를 망설이며 더 많은 에너지를 소모합니다. 학생들도 고민만 하는 시간을 줄이고, 의미 있는 한 걸음을 뗐으면 좋겠습니다.