공대상상

옷, 스마트폰, TV, 의약품 등 우리가 평상시 일상 속에서 흔히 접할 수 있는 물건들이나 식품들이 만들어지는 원리에는 화학생물공학이 크게 관여하고 있습니다. ‘어떻게 하면 이 물건을 더 안전하게, 편리하게, 그리고 환경문제를 최소화하며 만들 수 있을까?’ 라는 고민의 과정엔 수 많은 화학 물질들과 생명현상들에 대한 연구와 실험들을 필요로 하기 때문이죠!

서울대학교 화학생물공학부에서는 화학공학과 생명공학을 한 학부에서 다룬다는 점에서 화학공학과와 생명공학과로 나뉘어 두 분야를 각각 다루는 대학교들과는 차이가 있습니다. 그렇다면 서울대학교 화학생물공학부에서는 화학공학과 생명공학을 어떻게 다루고 있는지 알아보도록 할까요?

화학생물공학부의 연구분야

화학생물공학부에서 다루는 4가지의 연구 분야를 소개하겠습니다.

1. 무기 및 전기전자 소재

무기 및 전기전자 소재 분야에서는 주로 어떻게 나노 소재를 제조하고 안전하게 생산할 수 있을지를 연구합니다. 또한 얻어낸 나노 물질들을 어떻게 우리 실생활에 응용하고, 상업화할 것인지에 대해서도 연구합니다. 이러한 연구를 이어오면서 나노 물질이 쓰이는 분야를 화학 공업에서 환경, 에너지, 생물, 의학, 전기전자, 정보 산업 등 방대한 분야로 넓혀 나가고 있답니다.

그림 1. 나노 입자 사진

뿐만 아니라 기존의 촉매 성능을 크게 향상시킬 수 있는 나노 기술에 대해서도 연구합니다. 촉매란 화학반응을 좀 더 쉽게 일어날 수 있도록 도와주는 물질인데요, 그 자체로 반응에 관여하지는 않지만, 반응 과정에서 반응에 필요한 조건을 더 쉽게 만족할 수 있게 해줌으로서 화학 반응이 더 잘 이루어지도록 돕습니다. 학교에서도 힘은 세지 않지만 응원을 열심히 해서 체육대회 때 반이 승리할 수 있도록 도움이 되는 에너자이저 같은 친구들이 있지요? 화학 반응에서의 촉매는 바로 이러한 존재입니다. 그런데 촉매가 반응을 더욱 잘 돕기 위해서는 반응물과 닿는 표면적이 넓어야 합니다. 그렇기 때문에 촉매는 최대한 잘게 부수어서 반응물과 많은 면적이 닿을 수 있게 해야 합니다.

그런데 촉매를 그냥 잘게 쪼개는 데에서 그치지 않고, 나노 단위에서 다룰 수 있다면 어떨까요? 표면적을 극대화해서 촉매를 더욱 잘 활용할 수 있겠지요? 그렇기 때문에 나노 촉매 연구는 화학생물공학 분야에서 앞으로 아주 중요하게 연구될 분야입니다.

2. 고분자 및 유기 소재

고분자란 정의상 분자량이 10000이 넘는 화합물을 뜻하고, 유기소재란 생명체의 대부분을 이루는 탄소화합물을 뜻합니다. 우리 주변에서 찾아볼 수 있는 고분자 유기 소재로는 어떤 것들이 있을까요? 인류가 연료로 사용하는 석유는 탄소 화합물로 되어 있는데요, 그렇기 때문에 석유를 가공하면 고분자 유기 소재를 얻을 수 있습니다. 그리고 이러한 석유를 가공, 합성해서 만든 것 중 가장 의미 있는 물질이 바로 우리가 사용하는 대부분의 물건들에 들어가는 ‘플라스틱’이랍니다.

고분자 및 유기 소재 분야에서는 바로 이 플라스틱에 대해 연구한다고 볼 수 있습니다. 플라스틱은 가볍고, 제조비용이 낮으며 다양한 형태로 만들 수 있기 때문에 인류에게 큰 이점을 가져다 주었지만 큰 환경문제도 가져오고 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 자연계에서 완전히 분해될 수 있는 플라스틱을 개발하거나, 미생물로 플라스틱을 만들 수 있는 기술까지도 연구하고 있습니다. 물론 플라스틱 외에도 바이오 물질, 나노 물질들과 같은 다양한 유기고분자에 대한 연구도 활발히 진행되고 있답니다.

그림2. 생분해성 플라스틱 분해 과정

3. 생물 및 환경

생물 및 환경 분야에서는 생물의 다양한 현상을 연구하고 분자를 이해하여 생명공학 기술을 응용하고 산업화하는 방법에 대해 연구합니다. 예를 들면 옥수수 같은 식물에서 알코올을 추출하거나, 콩기름 같은 식물성 기름이나 소, 돼지 등 동물성 지방을 원료로 추출하여 연료에 사용하는 것과 같이 생물을 활용하여 에너지로 이용할 수 있는 기술을 개발합니다.

그림 3. 랩온어칩

또한 우리의 몸이 어떤 상태인지 측정할 수 있는 바이오 칩을 연구합니다. 대표적인 바이오 칩으로는 ‘랩온어칩(Lab on a Chip)’이 있습니다. 랩온어칩이 등장하기 이전에 인체에서 일어나는 반응을 연구하려면 실제 사람의 동의를 얻고 실험을 진행해야 하고, 막대한 비용이 든다는 문제가 있었습니다. 랩온어칩은 사람의 주요 장기와 이들 간의 관계를 작은 칩 위에 구현한 것으로, 생체에서 채취한 혈액을 칩 위의 시료와 반응시켜 그 결과를 검출하고, 데이터까지도 한 번에 얻을 수 있는 장치입니다. 실제 인체에서와 유사한 반응의 결과를 빠르고 저렴하게 확인할 수 있게 해 생명공학 분야의 연구에 패러다임을 바꿔 주었습니다.

최근 기후위기의 심각성이 중요하게 여겨지는 만큼, 과학기술의 발전에 대한 부작용으로 나타난 환경파괴의 문제점을 해결할 수 있는 기술을 연구하는 것도 빠질 수 없겠지요. 화학생물공학부에서 하는 환경 관련 연구로는 주변 물질을 잘 빨아들이는 소재를 발전시켜서 산업폐수를 더 효율적으로 처리하고 재이용할 수 있도록 하는 연구와, 태양에너지를 이용하여 오염물질을 처리할 수 있는 기술을 개발하는 연구 등이 있습니다.

4. 공정시스템

위에서 살펴본 화학 및 생명공학 분야의 연구는 그 자체로도 정말 가치 있지만, 연구에서 멈춰서는 안되는 것이 ‘공학’입니다. 공학이란 연구 그 자체를 말하기도 하지만 연구를 바탕으로 세상에 실질적인 도움을 줄 수 있도록 활용하는 것까지의 모든 과정을 아울러 말하기 때문이죠. 결국엔 공장을 건설하고 기업이 연구 결과물들을 공장에서 대량으로 생산하는 과정을 거쳐야 우리가 실질적인 도움을 받을 수 있게 되는 것입니다. 그렇기 때문에 적은 비용으로 최대한 많이 생산할 수 있는 공장 시스템을 설계하는 것이 중요합니다. 이러한 연구 분야를 ‘공정시스템 연구’라고 합니다.

석유를 예로 들어 설명해 볼까요? 육지나 바다에서 뽑아낸 원유는 그 자체로는 활용할 수 없는 기름 덩어리입니다. 이때 석유를 구성하고 있는 성분들의 끓는점이 각각 다르기 때문에, 석유를 다양한 온도로 나누어 끓이는 과정인 ‘분별 증류’를 거치면 각 끓는점마다 기화되는 성분들을 한 데 모아 추출할 수 있습니다. 우리가 실제로 사용하는 경유, 휘발유와 같은 석유 제품은 이러한 공정을 거쳐 만들어지지요.

그런데 이러한 과정은 얼핏 들으면 쉬워 보이지만, 사실 절대 만만하지 않습니다. 불순물이 포함되지 않도록 정제하는 과정도 필요하고, 석유 제품을 관으로 이송하는 과정에서 적절하게 압축시키거나 팽창시키기도 합니다. 뿐만 아니라 제품을 운송하는 관의 온도와 압력이 일정하게 유지되도록 관리해야 합니다. 정제 과정에서 따로 얻어지는 부산물들도 성질이 변하지 않도록 보관해야 하지요. 이렇듯 하나의 제품이 우리 곁으로 오기까지는 복잡한 과정을 거치는데, 공정시스템 분야가 바로 이러한 공정이 원활하게 작동하도록 하는 방법을 연구하는 분야입니다. 공정시스템 분야의 연구가 있었기에 오늘날 우리가 지구상의 일부 지역에서만 생산되는 석유를 세계의 거의 모든 곳에서 에너지원으로 사용할 수 있게 된 것이지요.

그럼, 다음으로 화학생물공학부에 관한 여러 궁금증을 해결해 볼까요?

화학생물공학부가 궁금해요!

Q. 화학생물공학부에서 무엇을 배우나요?: A. 화학생물공학부에서는 화학, 생물 산업 분야에서 자신의 능력을 최대한 발휘할 수 있도록 기초 교양 과목부터 응용, 심화 과목까지 수강할 수 있도록 되어있습니다.

학부 1학년 때는 다른 학과의 공대생들과 마찬가지로 수학, 물리학, 화학, 공학생물과 같은 기초 교양과목을 필수적으로 듣고, 2학년부터는 본격적으로 물리화학, 응용생화학, 유기화학 등의 전공 과목을, 3학년에 이르러서는 반응공학, 공정유체학 등의 전공 과목을 필수적으로 듣도록 되어있습니다.

이렇게 기초 교양과목과 전공필수 과목을 이수한 후에는 위에서 설명했던 4개의 분야 중 자신이 가장 관심있는 분야의 과목을 선택하여 수강하게 됩니다. 예를 들어 공정 시스템 분야에 관심이 있다면 이와 관련된 화공열역학이나 공정 및 제품 설계 과목을, 고분자 및 유기 소재에 관심이 있다면 고분자화학, 고분자물성 과목을 듣는 식이죠. 무기 및 전기전자 분야에 관심 있다면 전기화학, 촉매개론을, 생물 및 환경 분야에 관심이 있다면 분자생물공학, 환경공학 개론과 같은 과목들을 듣습니다. 이렇게 자신이 관심있는 분야의 과목을 중점적으로 듣지만 화학공학 분야에서 매우 중요한 화공열역학과 같은 과목은 관심 분야 상관없이 많은 학생들이 선택하기도 한답니다!

A. 교과과정/ 이수체계도

그림 4. 서울대학교 화학생물공학부 교과 이수 체계도

Q. 화학생물공학부만의 동아리나 특별한 학부 행사는 무엇이 있나요?: A. 화학생물공학부에는 다양한 취미 활동을 즐길 수 있는 동아리가 많이 존재합니다. 축구, 야구, 농구 등을 즐길 수 있는 다양한 스포츠 동아리들이 있고, 여러 공연들을 하며 대학생활의 활력을 느낄 수 있는 밴드 동아리들도 있습니다.

또한 화학생물공학부에는 2년마다 학부 새내기부터 대학원생, 교수와 교직원까지 함께 2박 3일 동안 다양한 활동을 하는 GLT(Global Leadership Training)라는 행사도 있습니다. 교수님과의 대화시간, 장기자랑, 단합시간 등 구성원 모두가 유대감을 다질 수 있는 시간을 가집니다. 실제 화학생물공학부 선배님의 이야기를 들어보면 진로나 성적과 관련된 평소에 궁금했던 질문들의 대답을 교수님께 직접 들을 수 있었던 것이 큰 도움이 되었고 교수님들과 함께한 운동회도 의미 있는 시간이었다고 하네요!

그림 5. 화학생명공학부 GLT 사진

Q. 화학생물공학부 졸업 후 진로는 어떻게 되나요?: A. 크게 대학원 진학과 취업으로 나눌 수 있습니다.

졸업 후 대학원에 진학하는 학부생들은 학부 때 배웠던 내용들을 바탕으로 자신의 세부분야를 정하여 더 심도 있게 연구합니다. 화학생물공학부의 대표적인
4개의 연구분야인 공정시스템, 무기 및 전기전자소재, 고분자 및 유기 소재, 생물 및 환경 분야에서도 각각 더 세부분야로 나누어진 여러 연구실들과 실험실들이 존재합니다.

취업을 선택하게 된다면 정유, 석유화학, 합성제품 반도체, 제약, 생활용품, 시멘트, 유리, 화약, 펄프, 금속 제련 등 전 화학 및 생물산업 분야의 생산, 관리 연구개발 부문에 종사하게 됩니다.

SK에너지, GS칼텍스, LG화학, 삼성SDI 등 국내 대기업들의 산업체 및 연구소에 들어가거나, 한국과학기술연구원, 한국화학연구원 등의 국공립연구소에 들어가 국가 발전에 이바지할 수도 있습니다. 이 외에도 관청, 외국인 기업 및 합자회사, 국내외 교육기관, 자유업 등 다방면으로 사회에 진출하고 있답니다.