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[렛츠 키릿!] 목마른 AI가 우물을 판다? 보이지 않는 물길까지 포착하는 지도의 정체(feat. AEGIS(이지스) 플랫폼)

이지스(AEGIS) 플랫폼은 지자체가 지하수 산출 확률 지도가 높은 지점을 정밀하게 파악하여 효율적으로 용수를 공급할 수 있도록 돕는 시스템입니다. 땅만 파면 물이 나올 것이라는 막연한 기대와 달리, 실제로는 지역마다 지하수의 부존량과 산출 가능성이 천차만별입니다. 이러한 불확실성을 해소하기 위해 현재 전 국토를 대상으로 하는 지하수 산출 확률 지도가 제작되고 있습니다. 이는 단순히 물을 찾는 것을 넘어, 기후 변화에 대응하여 국민들이 변화를 체감할 수 있는 안정적인 물 관리 체계를 구축하는 데 목적이 있습니다. 이지스(AEGIS) 플랫폼의 핵심 기술은 인공지능(AI)을 활용한 데이터 분석에 있습니다. 과거에는 전문가들이 지질도나 강우량 분포 등을 정성적으로 분석하는 데 그쳤으나, 이제는 지난 5년간 축적된 1만 개 이상의 관정 정보와 다양한 지형 데이터를 인공지능(AI)이 직접 학습합니다. 이를 통해 구축된 정량적 데이터는 지하수 산출 확률 지도의 정확도를 획기적으로 높여줍니다. 사용자는 웹페이지를 통해 지하수 산출 확률 지도뿐만 아니라 실시간 부존량 변화와 수질의 적합성까지 한눈에 확인하며 지하수 자원을 체계적으로 관리할 수 있게 됩니다. 최근 극한 가뭄 상황이 지속되면서 지표수에만 의존하는 방식의 한계가 명확히 드러나고 있습니다. 실제로 과거 강릉 지역에서 발생한 제한 급수 사태는 수자원 다변화의 필요성을 일깨워준 중요한 사례입니다. 당시 초기 단계였던 지하수 산출 확률 지도를 활용해 지하수 유망지를 선정하고 관정을 개발한 결과, 하루 3,000톤에 달하는 막대한 양의 물을 확보하는 성과를 거두었습니다. 이는 인공지능(AI) 기반의 과학적인 의사결정이 비상 상황에서 얼마나 신속하고 강력한 위력을 발휘할 수 있는지를 실증적으로 보여준 결과입니다. 현장에서의 지하수 개발은 보통 세 번의 굴착 중 한 번 정도만 성공할 정도로 성공률이 높지 않은 것이 현실입니다. 하지만 이지스(AEGIS) 플랫폼이 본격적으로 가동되면 이러한 성공 확률을 두 번 중 한 번 이상으로 크게 끌어올릴 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한 수주 이상 소요되던 분석과 의사결정 속도를 대폭 단축하여 행정의 효율성을 극대화합니다. 향후 인공지능(AI) 챗봇 기능까지 도입되면 전문 지식이 부족한 일반인이나 담당자들도 복잡한 연구 데이터를 손쉽게 이해하고 실무에 즉시 활용할 수 있게 될 것입니다. 연구팀은 자원 개발을 넘어 지하수 이용이 주변 지반과 환경에 미치는 영향까지 세밀하게 살피고 있습니다. 특히 도수터널 공사 등으로 인해 낮아진 지하수위가 왜 원래대로 회복되지 않는지 그 원인을 규명하는 심층 과제도 함께 수행 중입니다. 기후 위기와 물 수요 증가라는 거대한 도전 앞에서 지하수를 신뢰할 수 있는 안정적인 보조 수자원으로 정착시키기 위한 노력은 계속되고 있습니다. 이러한 통합적인 연구 성과들은 앞으로 우리나라가 물 안보를 확보하고 지속 가능한 수자원 환경을 조성하는 데 소중한 자산이 될 것입니다.

[렛츠 키릿!] 목마른 AI가 우물을 판다? 보이지 않는 물길까지 포착하는 지도의 정체(feat. AEGIS(이지스) 플랫폼)
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
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[키감퀴즈온더블럭] 🏚집에 핵심광물 하나쯤은 가지고 있을뻔한 이야기?!

최근 전 세계는 자원의 무기화라는 거대한 흐름 속에 놓여 있습니다. 과거에는 석유나 석탄이 주요 에너지원이었다면, 이제는 기후 위기 대응을 위한 청정에너지 기술이 그 자리를 대신하고 있습니다. 특히 전기차는 내연기관차보다 핵심광물이 6배, 풍력 발전은 가스 화력 발전보다 9배 이상 더 많이 필요합니다. 이러한 에너지 전환 시대에 광물 자원은 단순한 원자재를 넘어 국가의 생존과 직결된 필수 요소로 자리 잡았습니다. 광물 자원의 자립화를 위해서는 다각도의 노력이 필요합니다. 지각 내 함량이 극히 적은 광상을 찾아내는 탐사 기술부터, 해외의 유망한 광물 자원을 확보하기 위한 국제 공동 연구까지 폭넓게 이루어지고 있습니다. 카자흐스탄, 몽골, 베트남 등 자원 부국과의 협력은 안정적인 공급망 구축의 핵심입니다. 또한, 한번 사용된 폐배터리 등 순환 자원에서 유용한 금속을 다시 추출하는 재활용 연구는 자원의 효율성을 극대화하는 중요한 축이 됩니다. 대한민국은 핵심광물 공급망 구축을 위해 국제적인 리더십을 발휘하고 있습니다. 최근 열린 국제 포럼에서는 아시아와 아프리카의 여러 국가가 참여하여 광물 탐사 기술과 협력 방안을 논의했습니다. 한국지질자원연구원(KIGAM)은 축적된 탐사 기술을 공유하고 배터리 및 전기차 산업으로 이어지는 공급망 기술의 향후 방향을 제시하며 글로벌 파트너십을 강화했습니다. 이는 자원 빈국에서 자원 기술 강국으로 도약하는 중요한 발판이 되고 있습니다. 우리가 흔히 말하는 희소금속과 핵심광물은 정확히 구분할 필요가 있습니다. 희소금속은 리튬처럼 지각 내 함량이 매우 적어 채굴과 정제가 어려운 금속을 의미하며, 흔히 '레어 메탈'이라 불립니다. 반면 핵심광물은 국가 산업에 필수적이면서도 공급 리스크가 커서 전략적 관리가 필요한 자원을 뜻합니다. 여기에는 흑연 같은 비금속이나 구리처럼 비교적 흔한 금속도 포함될 수 있습니다. 현재 우리나라는 33종의 핵심광물을 지정하여 국가 차원에서 집중적으로 관리하고 있습니다. 특히 리튬, 니켈, 코발트, 흑연, 희토류, 백금족은 재생에너지 전환과 첨단 산업의 핵심인 6대 핵심광물로 꼽힙니다. 이들은 소량으로도 제품의 성능을 좌우하기에 매우 중요한 역할을 수행합니다. 반도체 와이어나 우주선의 열 차단 코팅에 사용되는 금처럼, 광물은 우리 미래 산업 곳곳에서 필수적인 기능을 담당하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구개발과 국제 협력을 통해 안정적인 자원 생태계를 조성하고 기술 자립화를 이루어내는 것이 대한민국 미래 경쟁력의 핵심이 될 것입니다.

[키감퀴즈온더블럭] 🏚집에 핵심광물 하나쯤은 가지고 있을뻔한 이야기?!
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[R&D온앤오프] What’s in my Lab? 머드가 가득한 역대급 연구실

한국지질자원연구원 포항지질자원실증연구센터에서는 동해 수심 200m 바닥에서 채취한 머드를 활용해 고부가가치 소재를 개발하는 연구가 한창입니다. 흔히 머드라고 하면 서해안의 갯벌을 떠올리기 쉽지만, 이곳에서는 동해의 청정 심해에서 얻은 자원을 정제하여 화장품이나 테라피 소재로 탈바꿈시키고 있습니다. 약 4년 전부터 시작된 이 연구는 지역의 지질 자원을 활용하여 새로운 경제적 가치를 창출한다는 점에서 큰 의미를 가집니다. 단순한 흙처럼 보일 수 있는 해양 퇴적물이 첨단 과학 기술과 만나 우리 삶에 유용한 자원으로 거듭나는 과정은 매우 흥미롭습니다. 채취된 원물 상태의 머드가 화장품 원료로 사용되기까지는 정밀한 정제 과정을 거쳐야 합니다. 우선 '해쇄' 과정을 통해 물에 머드를 잘 풀어낸 뒤, 체거름을 통해 이물질을 제거합니다. 이후 강력한 자석을 이용해 자성 광물을 1차적으로 걸러내고, 여러 번의 세척 과정을 반복합니다. 마지막으로 고온 건조를 통한 살균 공정을 거치면 비로소 고운 분말 형태의 머드 원료가 완성됩니다. 이러한 체계적인 공정은 원료의 순도를 높이고 안전성을 확보하는 핵심적인 단계이며, 실제 임상 시험을 통해 그 효능이 과학적으로 입증되고 있습니다. 머드의 효능을 과학적으로 분석하기 위해 연구진은 주사 전자 현미경(SEM)이라는 고가의 정밀 장비를 활용합니다. 육안으로는 확인하기 어려운 미세한 입자들을 관찰해 보면, 과거 생물들의 껍데기인 '규조'가 부서져 쌓여 있는 독특한 구조를 발견할 수 있습니다. 구멍이 숭숭 뚫린 규조 입자는 수분을 흡수하는 성질이 뛰어나며, 미세한 입자 구조 덕분에 피부의 노폐물을 씻어내는 스크럽 기능까지 수행할 수 있습니다. 판 모양의 광물과 규조 입자들이 어우러진 이 미시적인 세계는 동해 머드가 왜 우수한 세정력과 흡수력을 가졌는지에 대한 명확한 해답을 제시해 줍니다. 연구의 결실은 다양한 시제품으로 나타나고 있습니다. 동해 머드를 주원료로 한 클렌저와 기초 화장품은 입자 크기가 매우 작고 분포가 고르기 때문에 세정력이 탁월합니다. 실제 테스트에서도 피부 노폐물과 화장품 잔여물을 깨끗하게 제거하는 동시에, 사용 후에도 피부가 촉촉하게 유지되는 높은 보습력을 보여주었습니다. 또한 미백과 주름 개선, 블랙헤드 완화 등 다각적인 피부 관리 효과를 지표로 확인하며 K-뷰티의 새로운 소재로서 가능성을 인정받고 있습니다. 연구원들의 오랜 노력과 데이터가 집약된 이 제품들은 현재 다양한 채널을 통해 대중에게 소개되고 있습니다. 지질자원연구원은 연구 성과 못지않게 연구실의 안전 관리에도 만전을 기하고 있습니다. 과학기술정보통신부 주관 안전 관리 우수 연구실 인증을 세 차례 연속 획득하며, 안전한 환경 속에서 혁신적인 연구가 지속될 수 있음을 증명했습니다. 향후 이들은 동해 머드뿐만 아니라 국내의 다양한 산업 광물을 활성화하여 바이오 및 첨단 산업의 핵심 원료로 공급하겠다는 목표를 가지고 있습니다. 지질 자원의 가치를 재발견하고 이를 국가 산업 경쟁력으로 연결하는 연구원들의 헌신적인 노력은 우리 과학 기술의 미래를 더욱 밝게 비추고 있습니다.

[R&D온앤오프] What’s in my Lab? 머드가 가득한 역대급 연구실
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[R&D온앤오프] 한국지질자원연구원은 고장(?)이다

석유와 가스 같은 에너지 자원을 확보하기 위해서는 지하 깊은 곳까지 정밀하게 시추할 수 있는 기술이 필수적입니다. 한국지질자원연구원에서는 지하 목표 지점까지 시추 방향을 자유롭게 제어할 수 있는 '방향성 시추 시스템'을 개발하고 있습니다. 이 시스템은 추진체인 머드 모터와 실시간 위치 파악 장치인 MWD로 구성됩니다. 특히 이번 연구를 통해 개발된 쇼트 비트 투 벤드 기술은 벤드 앵글을 유지하면서도 확장된 도그레그를 확보하여, 작업 중단 없이 수직과 수평 구간을 연결하는 연속 시추를 가능하게 했습니다. 이는 탐사 효율을 극대화하는 핵심 기술로 평가받습니다. 연구팀은 개발된 육상 시추용 방향성 시추 시스템을 해외 현장에 적용하여 국내 최초로 이수 순환 통합 플랜트 성능 검증을 완료했습니다. 그동안 석유 및 가스 개발의 상류 부문은 해외 기술 의존도가 매우 높았으나, 이번 국산화 성과를 통해 막대한 기술 도입 비용을 절감할 수 있는 발판을 마련했습니다. 26년이라는 오랜 시간 동안 자원 개발 현장에서 쌓아온 독자적인 기술력은 이제 본격적인 상용화 단계에 접어들었습니다. 현재는 단순한 기술 개발을 넘어 국산 기자재와 서비스가 글로벌 시장에 진출할 수 있도록 다각적인 사업화 노력을 기울이며 새로운 시장을 창출하고 있습니다. 최근에는 탄소중립 실현을 위한 핵심 수단으로 떠오른 CCS 기술 연구에도 집중하고 있습니다. 동해 가스전을 활용한 실증 연구뿐만 아니라, 동남아 지역의 해저 저장소에 이산화탄소를 주입하는 해외 사업도 적극적으로 추진 중입니다. 이는 자원 개발 기술이 환경 보호와 사회적 이슈 해결에 기여하는 중요한 사례가 될 것입니다. 연구자의 최종적인 꿈은 국내 강소 기업이 글로벌 에너지 산업의 주역으로 성장하도록 돕는 것입니다. 끊임없는 연구와 철저한 자기관리를 통해 자원 개발 플랜트 분야의 최고 전문가로서 우리 기술의 위상을 세계에 알리고 국민의 행복에 기여하고자 합니다.

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한국지질자원연구원 연구 운명론...?👀 박사님이 어떻게 폐배터리와 사랑에 빠지게 되었는지 보시죠! ✨ [#키감퀴즈온더블럭]

한국지질자원연구원에서 30년 넘게 자원 재활용 분야를 연구해 온 손정수 박사님은 이 분야의 살아있는 역사라 불릴 만합니다. 스페인의 테니스 선수 나달처럼 파워풀한 경기력과 매너를 갖춘 연구자가 되고자 '손나달'이라는 별명을 직접 지어 사용할 만큼 자기 관리에 철저한 분이기도 합니다. 어린 시절 아버지가 근무하시던 제철소에서 뜨거운 철광석이 녹아내리는 강렬한 장면에 매료되었던 경험은 훗날 그가 자원공학 전문가의 길을 걷게 된 중요한 뿌리가 되었습니다. 비록 처음에는 금속공학을 희망했으나 우연한 기회로 자원공학에 배정받게 되었고, 이는 박사님의 평생을 이끈 운명적인 선택이 되었습니다. 박사님께서 폐배터리 재활용 연구에 본격적으로 발을 들이게 된 계기는 무척이나 우연했습니다. 1993년 당시 연구소에 합류하며 원래 계획했던 석탄 청정화 사업의 협약이 예산 문제로 지연되었고, 생계를 위한 인건비 확보를 위해 대신 맡게 된 과제가 바로 함수은 폐전지 재활용이었습니다. 이처럼 뜻하지 않은 경로로 시작된 연구는 전 세계적으로 전기차 시대가 도래함에 따라 국가적으로 가장 핵심적인 자원 확보 수단이 되었습니다. 모든 과정이 마치 미리 짜여진 각본처럼 하나로 이어져 온 박사님의 연구 인생은 성실함과 유연한 사고가 만들어낸 귀한 결실이라 할 수 있습니다. 폐배터리 재활용이 중요한 이유는 단순히 경제적 수익 창출에만 국한되지 않습니다. 배터리 내부의 니켈, 코발트, 리튬 같은 고가 금속을 회수하는 자원 안보 측면의 이득도 매우 크지만, 방치될 경우 발생할 수 있는 치명적인 환경 오염을 막는 것이 무엇보다 시급한 과제입니다. 배터리 내부의 불소 성분이 수분과 만나면 유해한 불산을 형성하며, 전해액의 유기 화합물은 인체에 암을 유발할 정도로 위험합니다. 또한, 재활용 공정은 천연 광물에서 자원을 채굴할 때보다 이산화탄소 배출량을 70% 이상 획기적으로 줄일 수 있어, 인류 공통의 목표인 2050 탄소 중립 실천을 위한 필수 기술입니다. 오랜 시간 연구에 헌신하며 박사님은 삶과 연구를 대하는 태도에서 근본적인 변화를 겪었습니다. 젊은 시절에는 기업에 실질적인 도움을 주어야 한다는 사명감으로 밤낮없이 매달리며 오직 '잘하는 것'에만 집중하다가 과도한 욕심으로 건강을 잃기도 했습니다. 하지만 이후 '잘하는 것보다 제때 하는 것이 중요하다'는 깊은 깨달음을 얻으며 스스로를 다스리고 절제하는 법을 배웠습니다. 정해진 시간을 지키며 성실히 임하는 자세는 연구의 효율을 높였을 뿐 아니라, 20년 전부터 품어온 '후배 연구자와 기업에 실질적 도움을 주는 연구자'라는 원대한 꿈을 현실로 만드는 든든한 밑거름이 되었습니다. 박사님은 우리 삶의 본질을 에너지와 산소라는 과학적인 관점에서 해석합니다. 모든 물질이 에너지로 이루어져 있듯, 우리의 갈등과 고뇌 또한 에너지의 흐름 속에서 이해하고 해결할 수 있다는 통찰을 제시합니다. 특히 생존에 반드시 필요하지만 과할 경우 활성 산소를 만들어 노화를 촉진하는 산소의 특성처럼, 인간의 욕망 역시 적절한 중용과 절제가 필요하다고 강조합니다. 은퇴 후 이발사로서 새로운 봉사의 삶을 꿈꾸는 박사님은 오늘도 한국지질자원연구원이라는 공간에서 연구의 행복을 만끽하고 있습니다. 절제를 통해 진정한 행복을 찾는 그의 철학은 바쁜 현대인들에게 큰 울림을 줍니다.

한국지질자원연구원 연구 운명론...?👀 박사님이 어떻게 폐배터리와 사랑에 빠지게 되었는지 보시죠! ✨ [#키감퀴즈온더블럭]
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[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 텅스텐 카바이드 스크랩의 파쇄 방법, 산화구리의 회수방법 및 텅스텐과 코발트의 회수방법

텅스텐은 주요 산업 전반에서 필수적으로 사용되는 희유금속으로, 최근 수요 증가와 원광 품위 하락으로 인해 재활용 기술의 중요성이 그 어느 때보다 강조되고 있습니다. 현재 텅스텐 공급의 약 34%는 스크랩을 통한 2차 자원에서 얻어지고 있는데, 원광 처리 비용이 상승함에 따라 이러한 순환 자원의 가치는 더욱 높아지는 추세입니다. 특히 공구용 인서트나 내마모 부품으로 사용되는 하드 스크랩은 재활용이 까다롭지만, 고부가가치 자원 확보를 위해 반드시 해결해야 할 과제로 꼽힙니다. 하드 스크랩은 소프트 스크랩에 비해 부피가 크고 단단하여 미세하게 분쇄하는 과정에서 막대한 에너지와 고가의 설비가 소요됩니다. 기존의 상업적 방식인 아연법은 고온 진공 환경에서 조업이 이루어져 공정이 까다롭고 에너지 소비가 큽니다. 또한 기존의 알루미늄 플럭스법 역시 별도의 산화 공정을 추가로 거쳐야 하는 번거로움이 있어, 산업계에서는 보다 경제적이고 효율적인 하드 스크랩 처리 기술의 등장을 오랫동안 기다려 왔습니다. 이번에 개발된 산화구리 플럭스 배소법은 1,100도 내외의 대기 조건에서 가열하여 하드 스크랩을 산화물 형태로 변환시키는 혁신적인 방식입니다. 진공 설비가 필요 없어 초기 투자비와 유지비가 저렴하며, 공정 시간이 1시간 이내로 짧아 생산성이 매우 높습니다. 무엇보다 배소 후 생성된 구리를 다시 산화시켜 공정에 재투입할 수 있는 순환형 모델을 구축함으로써 자원 소모를 최소화하고 경제성을 극대화했다는 점이 가장 큰 특징입니다. 이 기술은 기존 아연법이나 알루미늄 플럭스법과 비교했을 때 공정 난이도가 낮으면서도 고품질의 금속 산화물을 얻을 수 있다는 특장점이 있습니다. 산화구리 플럭스 배소법을 활용하면 텅스텐 카바이드 코발트와 같은 강한 기계적 특성을 지닌 소재도 효율적으로 산화 및 미분화가 가능합니다. 또한 폐수 처리가 수반되기는 하지만, 유가 금속을 분리 회수함으로써 자원 회수 효율을 극대화할 수 있습니다. 이는 복잡한 공정 단계를 획기적으로 줄이는 결과로 이어집니다. 현재 전 세계 텅스텐 공급의 80% 이상을 중국이 차지하고 있으며, 자원 독점화와 가격 급등으로 인해 안정적인 공급망 확보가 시급한 실정입니다. 우리나라는 하드 스크랩 재활용 기술의 부족으로 상당량의 자원을 해외로 수출하고 있지만, 이번에 개발된 신기술이 상용화되면 국내에서도 고부가가치 텅스텐 자원을 직접 확보할 수 있게 됩니다. 이는 초경합금을 비롯해 합금강, 초합금 등 텅스텐이 사용되는 다양한 산업군에 긍정적인 파급 효과를 미치며 국가 전략 자립도를 높일 것입니다.

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 텅스텐 카바이드 스크랩의 파쇄 방법, 산화구리의 회수방법 및 텅스텐과 코발트의 회수방법
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[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 벤토나이트를 염색하기 위한 조성물 및 벤토나이트 염색 방법

점토 광물은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 찰흙이나 클레이로 잘 알려져 있지만, 최근에는 이를 고부가가치 산업 소재로 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 경북 동해안권에 풍부하게 매장된 벤토나이트는 층상 규산염 광물로서 우수한 물리적 특성을 지니고 있어 활용 가치가 매우 높습니다. 과거 우리 조상들이 봉선화 물들이기나 식물성 염료를 이용해 천연 염색을 했던 지혜에서 영감을 얻어, 이러한 벤토나이트에 식물 유래 성분을 결합해 자연스러운 색을 입히는 기술이 개발되었습니다. 이는 화학적 산화제를 사용하는 기존의 인공적인 방식과 달리 환경과 인체에 모두 무해한 친환경적인 접근법입니다. 벤토나이트를 염색하는 핵심 원료는 포도씨나 와인 등에 풍부하게 함유된 항산화 물질인 폴리페놀입니다. 카테킨이나 펙틴과 같은 천연 성분을 활용하면 기존의 회색빛 벤토나이트 분말을 검은색, 갈색, 골드 계열의 노란색 등 다채로운 색상으로 변화시킬 수 있습니다. 이러한 과정은 단순한 혼합을 넘어 광물의 층상 구조와 유기물이 분자 수준에서 결합하여 안정적인 복합체를 형성하는 정밀한 공정을 거치게 됩니다. 식물 유래 성분을 통해 자연스러운 색감을 구현함으로써 인체에 무해하면서도 시각적인 다양성을 확보할 수 있게 되었으며, 이는 기존 광물 소재의 한계를 뛰어넘는 성과로 평가받습니다. 기술의 실용화를 위해서는 정밀한 검증과 공정 최적화가 필수적입니다. 연구진은 색차계를 이용해 명도와 색상을 정량적으로 수치화하고, X선 회절 분석을 통해 벤토나이트와 폴리페놀이 결합한 새로운 복합체 형성을 과학적으로 확인하였습니다. 특히 화장품 원료로 사용할 때 중요한 요소인 발림성을 개선하기 위해 분무 건조 기술을 도입하였습니다. 이를 통해 입자를 20~100마이크로미터 크기의 균일한 구형으로 조절하여 피부에 닿았을 때 부드러운 감촉을 구현했습니다. 또한 철저한 미생물 항균 시험을 통해 위생적인 안전성을 입증함으로써 의약품이나 화장품 소재로서의 신뢰도를 높였습니다. 이 기술의 또 다른 장점은 버려지는 자원을 재활용하는 순환 경제의 모델을 제시한다는 점에 있습니다. 국내 도심지에서 발생하는 폐목재는 연간 100만 톤에 달하며, 여기서 추출할 수 있는 산가용성 리그닌은 자원 재생 측면에서 매우 큰 가치를 지닙니다. 목질계 자원에서 유래한 이러한 성분들을 점토 염색의 원료로 재이용함으로써 폐기물 문제를 해결하는 동시에 새로운 산업적 부가가치를 창출할 수 있습니다. 이는 단순히 새로운 소재를 만드는 것을 넘어 환경 보호와 자원 활용의 효율성을 극대화하는 친환경 하이테크 기술로서의 면모를 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 현재 세계 화장품 시장은 약 500조 원 규모로 성장 중이며, 그중 색조 화장품 분야가 차지하는 비중은 약 70조 원에 달할 정도로 매우 큽니다. 벤토나이트는 이미 페이셜 마스크 팩 등으로 널리 사용되고 있지만, 이번에 개발된 염색 기술을 통해 색조 화장품 영역까지 그 범위를 넓힐 수 있게 되었습니다. 천연 소재에 기반한 색조 원료는 친환경 이미지를 추구하는 프리미엄 브랜드 구축에 유리하며, 고부가가치 창출이 가능합니다. 국내의 풍부한 점토 자원과 독창적인 친환경 염색 기술이 결합한다면, 글로벌 뷰티 시장에서 독자적인 경쟁력을 확보하고 지속 가능한 새로운 산업 생태계를 조성할 것으로 기대됩니다.

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 벤토나이트를 염색하기 위한 조성물 및 벤토나이트 염색 방법
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
  • 화학
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  • 공학·기술

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 벤토나이트를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물

벤토나이트는 1898년 미국 와이오밍주의 특정 지층에서 발견된 점토 물질에서 유래한 명칭으로, 현재는 스멕타이트 계열의 광물을 통칭하는 용어로 사용됩니다. 유럽에서는 높은 흡착 성능을 강조하여 '풀러스 어스'라고도 부르는데, 이는 오늘날 몬모릴로나이트라는 학명으로 정리되었습니다. 이 광물은 층간 양이온의 종류에 따라 소듐형과 칼슘형으로 구분되며 각각의 물리화학적 특성이 다릅니다. 소듐 몬모릴로나이트는 수분 팽창력이 뛰어나 화장품의 점도를 조절하는 증점제로 활용되며, 칼슘형은 흡착력이 우수하여 의약품의 지사제나 피부 노폐물을 제거하는 머드팩의 주원료로 널리 쓰이고 있습니다. 경상북도 포항과 경주 일대에는 약 2,000만 톤 규모의 벤토나이트와 산성 백토가 매장되어 있어 국내 바이오 산업의 소중한 자산이 되고 있습니다. 국내 법규상 벤토나이트는 의약품, 식품 첨가물, 화장품 등 다양한 분야에 사용이 허가된 안전한 광물입니다. 다만 글로벌 시장 진출을 위해서는 강화되는 국제 안전 기준에 부합하는 품질 관리가 선행되어야 합니다. 특히 중국 등지에서 화장품 완제품의 중금속 허용 기준을 강화하고 있는 추세이므로, 원료 단계에서의 납과 비소 함량 조절은 물론 미생물 한도 분석을 통한 철저한 위생 관리가 국내 원료의 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소가 될 것입니다. 한국지질자원연구원 포항센터는 이러한 산업적 요구에 발맞추어 연구용 BGMP 시설과 연간 10톤 규모의 생산이 가능한 점토 원료 테스트베드를 구축했습니다. 이곳에서 정제된 벤토나이트는 인체 유래 인공 피부 모델 시험에서 뛰어난 항염증 효과를 입증했습니다. 염증 유발 인자인 COX-2의 수치를 대조군 대비 약 37% 감소시켰으며, 아토피성 피부염과 밀접한 관련이 있는 인자인 TARC/CCL17의 발현을 58%가량 억제하는 결과를 보여주었습니다. 이는 국내산 점토 광물이 단순한 원료를 넘어 난치성 피부 질환 완화를 돕는 고부가가치 메디컬 소재로 진화할 수 있음을 과학적으로 뒷받침합니다. 벤토나이트의 효능은 피부 세정과 보습 영역에서도 탁월하게 나타납니다. 세안 후 피부의 명도를 개선하고 적색도를 완화하여 안색을 맑게 해주는 효과가 확인되었으며, 피부 투명도를 높여 미백 기능성 원료로서의 가능성도 충분합니다. 또한 세정 과정에서 피부 수분 함량을 증가시켜 세안 후에도 당김 없는 보습 효과를 제공한다는 점이 큰 특징입니다. 이러한 다각적인 장점을 바탕으로 벤토나이트는 아토피 전용 스킨케어, 화이트닝 제품, 보습 기능성 화장품은 물론 전문적인 피부 테라피를 위한 핵심 조성물로 활용 범위가 점차 넓어지는 추세입니다. 글로벌 기능성 화장품 시장이 매년 9.5% 이상의 높은 성장률을 기록함에 따라 천연 점토 광물에 대한 연구도 가속화되고 있습니다. 벤토나이트 관련 특허 출원은 2000년대 중반 이후 급격히 증가하여 현재는 1,100여 건이 넘는 화장료 조성물 기술이 확보된 상태입니다. 프랑스의 그린 클레이나 캐나다의 빙하토처럼 세계 각국이 자국의 점토 자원을 브랜드화하는 상황에서, 우리나라도 고순도 몬모릴로나이트 합성 기술과 지식재산권을 바탕으로 독자적인 시장을 개척해야 합니다. 국내산 벤토나이트의 기능성을 극대화한 원료 국산화는 향후 K-뷰티 산업의 새로운 성장 동력이 될 전망입니다.

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 벤토나이트를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
  • 생명과학
  • 지구환경과학
  • 융합
  • 공학·기술

[업글지구과학] 국토지질연구본부 활성지구조연구단

지구의 표면 아래에서는 끊임없이 거대한 힘이 작용하며 지표의 모양을 변화시키는 '지구조 운동'이 일어납니다. 한국지질자원연구원의 활성지구조연구단은 바로 이러한 운동의 결과물인 지진과 그 근본 원인이 되는 활성 단층을 심도 있게 연구하는 곳입니다. 활성 단층이란 지구조 운동으로 인해 땅이 어긋난 흔적 중에서도 앞으로 다시 움직일 가능성이 있는 곳을 의미하며, 이는 곧 대규모 지진의 발생 가능성을 시사하는 중요한 단서가 됩니다. 연구진은 육안으로 확인하기 어려운 미세한 단층의 흔적을 찾기 위해 첨단 기술을 동원합니다. 먼저 광범위한 지역에 대해 조사를 수행한 후, 실내에서 3D 복원 기술을 활용하여 지표 단층의 이동 증거가 될 만한 지점을 정밀하게 파악합니다. 또한 위성 영상을 분석하여 지진 발생 전후의 지형 변화를 정량적으로 비교함으로써 지표 변형을 정밀하게 탐지합니다. 이러한 과정은 현장 조사의 정확도를 높이고 단층 운동의 특성을 파악하는 기초가 됩니다. 활성 단층의 원리는 충격으로 인해 금이 간 스마트폰 액정에 비유할 수 있습니다. 한 번 금이 간 액정은 외부에서 작은 충격이 계속 가해질 때 그 금을 따라 더 크게 깨지기 마련입니다. 지각 또한 마찬가지로 과거의 지구조 운동으로 인해 이미 균열이 생긴 활성 단층 부위는 지구 내부의 에너지가 축적될 때 가장 취약한 지점이 됩니다. 누적된 스트레스가 한계치에 도달하면 이 단층면을 따라 지각이 갑작스럽게 이동하면서 강력한 지진 에너지를 방출하게 되는 것입니다. 현재 진행 중인 연구의 핵심 목표는 크게 두 가지로 요약됩니다. 첫째는 숨어 있는 활성 단층의 위치를 정확히 탐지하는 것이고, 둘째는 해당 단층의 성격을 명확히 규명하는 것입니다. 단층의 성격 규명에는 과거에 지진이 얼마나 자주 발생했는지를 나타내는 '재발 주기' 연구와, 향후 지진이 발생했을 때 어느 정도의 파괴력을 가질지 예측하는 '규모 파악' 작업이 포함됩니다. 이는 미래의 지진 재해에 대비하기 위한 필수적인 데이터 구축 과정입니다. 우리나라는 과거 경주와 포항 지진을 통해 더 이상 지진의 안전지대가 아님을 확인했습니다. 하지만 국내의 경우 지진 재발 주기가 매우 길어 지표 변형 흔적을 추적하는 데 어려움이 따르기도 합니다. 이에 연구단은 지표 변형이 잘 보존된 몽골이나 지진 발생 빈도가 높은 일본 등 해외 사례를 활발히 연구하고 있습니다. 다양한 지질학적 데이터를 바탕으로 축적된 기술력은 우리나라의 지질 구조에 적합한 단층 연구 모델을 완성하는 데 기여할 전망입니다.

[업글지구과학] 국토지질연구본부 활성지구조연구단
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
  • 지구환경과학

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 서용재 박사 발표

텅스텐은 주요 선진국에서 임계 금속으로 지정된 중요한 전략 자원입니다. 현재 텅스텐 자원은 천연 광석에서 얻는 1차 자원과 스크랩을 통한 2차 자원으로 공급되고 있습니다. 최근 텅스텐 사용량이 지속적으로 증가함에 따라 원광의 품위가 하락하고 처리 비용이 상승하고 있어, 2차 자원인 텅스텐 스크랩의 가치는 더욱 높아지고 있습니다. 특히 제품 생산 과정이나 사용 후에 발생하는 스크랩을 효율적으로 재활용하는 기술은 자원의 수급 안정성과 경제성을 확보하는 데 있어 매우 중요한 과제라고 할 수 있습니다. 텅스텐 카바이드 재활용 기술은 크게 두 가지로 분류됩니다. 스크랩에서 직접 분말을 회수하는 아연법과 유용 금속을 화학적으로 분리 회수하는 기술이 그것입니다. 그중에서도 공구용 인서트나 툴팁 등에 사용되는 하드 스크랩은 부피가 크고 단단하여 소프트 스크랩에 비해 재활용 난이도가 매우 높습니다. 이를 효과적으로 처리하기 위해서는 고체 상태의 스크랩을 미세한 분말 형태로 파쇄하는 공정이 필수적이며, 이를 통해 유용 금속의 회수 효율을 극대화하고 고부가가치의 소재로 재생산할 수 있는 기초를 마련하게 됩니다. 한국지질자원연구원에서 새롭게 선보인 기술은 기존의 공정을 획기적으로 단축한 혁신적인 접근법을 제시합니다. 이 공정은 하드 스크랩에 특정 분말을 첨가하여 대기압 조건에서 가열하는 방식을 취하고 있으며, 이를 통해 복잡한 설비 없이도 효율적인 자원 회수가 가능하게 설계되었습니다. 가열 온도와 시간을 최적화함으로써 조업의 편의성을 극대화한 것이 특징이며, 별도의 진공 설비나 초고온 가열로가 필요하지 않아 환경 친화적이고 경제적인 공정으로서의 가치를 증명하고 있습니다. 이는 국내 금속 가공 산업의 원가 경쟁력을 높이는 데 기여할 것입니다. 기존의 아연법은 고온 진공 상태에서의 작업으로 인해 에너지 소모가 크고 공정이 까다로운 단점이 있었습니다. 반면 산화구리 플럭스 배소법은 생성된 금속 산화물을 가볍게 분쇄하는 것만으로도 100마이크로미터 이하의 미세 분말을 얻을 수 있게 해줍니다. 이는 기존의 알루미늄 플럭스법이 별도의 고온 산화 공정을 추가로 거쳐야 했던 번거로움을 획기적으로 개선한 것입니다. 짧은 공정 시간 내에 고품질의 금속 산화물을 얻을 수 있고, 코발트와 같은 유용 금속을 높은 순도로 분리할 수 있어 산업적 활용 가치가 매우 높을 것으로 기대됩니다. 현재 전 세계 텅스텐 공급의 80% 이상을 중국이 차지하고 있으며, 자원 무기화와 수출 규제로 인해 자원 확보 경쟁이 매우 치열한 상황입니다. 우리나라는 하드 스크랩을 처리할 전문 기술과 기업이 부족하여 수입한 스크랩을 다시 해외로 수출하는 구조를 보이고 있습니다. 따라서 이번 신기술의 보급은 전략 금속인 텅스텐의 국내 자립도를 높이고 폐자원 선순환 체계를 구축하는 데 큰 기여를 할 것입니다. 이는 단순한 재활용을 넘어 국내 금속 소재 산업 전반의 경쟁력을 강화하고 자원 안보를 공고히 하는 중요한 기반이 될 것입니다.

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 서용재 박사 발표
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
  • 화학
  • 공학·기술

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 강정신 박사 발표

마그네슘은 구조용 금속 중 가장 가벼운 특성을 지녀 수송 기기의 경량화와 탄소 배출 저감을 위한 핵심 소재로 주목받고 있습니다. 최근에는 산화마그네슘을 원료로 활용하여 초고순도 마그네슘 금속을 제조하는 새로운 제련 기술이 개발되었습니다. 이 기술은 산화마그네슘을 불화물계 용융염에 용해한 뒤, 주석이나 은, 구리와 같은 고밀도 금속을 음극으로 사용하여 전기분해하는 방식을 취합니다. 이 과정에서 전해조 바닥에는 마그네슘 합금이 생성되며, 양극에서는 탄소나 백금 사용 여부에 따라 이산화탄소 혹은 산소 가스가 발생하게 됩니다. 용융염 전해를 통해 생성된 마그네슘 합금은 다음 단계인 진공 증류 공정을 거쳐 최종적인 금속 형태로 회수됩니다. 약 1,200~1,300K의 고온에서 진행되는 진공 증류는 합금 내의 마그네슘만을 기화시켜 증류 타워 상부의 저온부에서 응축시키는 원리를 이용합니다. 이를 통해 순도 99.999%에 달하는 5N급 초고순도 마그네슘을 얻을 수 있으며, 특히 기존 공정에서 문제가 되었던 철 함량을 획기적으로 낮출 수 있습니다. 실험 결과 구리를 음극으로 사용했을 때는 약 93.7%, 은을 사용했을 때는 99.9%에 이르는 높은 회수율을 기록했습니다. 연구 과정에서는 최적의 전해 조건을 확보하기 위해 정전류법을 활용한 정밀한 실험이 수행되었습니다. 1,053K 온도 조건에서 마그네슘 농도를 변화시키며 실험한 결과, 약 82%에서 88%에 이르는 높은 전류 효율을 나타냈습니다. 생성된 마그네슘 합금의 XRD 분석을 통해서는 이원계 상태도에서 예측되는 중간상 화합물이 안정적으로 형성됨을 확인하였습니다. 이러한 성과는 친환경적인 마그네슘 제련을 위한 효율적인 전해조 구조 설계와 운전 조건을 확립했다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 단순화된 셀 구조는 향후 대량 생산을 위한 스케일업 과정에서도 유리하게 작용할 전망입니다. 새로운 제련 기술은 기존의 염화마그네슘 전해 방식과 비교했을 때 뚜렷한 환경적, 경제적 장점을 보유하고 있습니다. 기존 공정은 전해 과정에서 유해한 염소 가스가 발생하지만, 이 기술은 산소나 이산화탄소를 배출하여 환경 부하를 크게 줄였습니다. 또한 공정 온도가 약 780℃ 정도로 기존 방식보다 낮아 에너지 효율이 높으며, 산화마그네슘에서 초고순도 금속을 얻기까지의 반응 단계를 단 두 번으로 단축했습니다. 상용 알루미늄 전해 제련 셀과 유사한 구조를 채택하고 있어 산업 현장으로의 기술 이전과 상용화 접근성이 매우 높다는 점도 특징입니다. 전 세계 마그네슘 시장은 연평균 약 7.1%의 가파른 성장세를 보이고 있으며, 2025년에는 약 4조 원 이상의 규모에 이를 것으로 전망됩니다. 현재 중국이 열환원법을 통해 생산의 80%를 점유하고 있으나, 강화되는 환경 규제로 인해 친환경적인 전기분해법으로의 전환이 가속화될 것으로 예상됩니다. 마그네슘은 자동차와 비행기의 연비 향상을 위한 경량화 소재뿐만 아니라 최근에는 생체 분해 성질을 이용한 의료용 소재로도 각광받고 있습니다. 탄소 중립 시대에 발맞추어 고효율 신제련 기술의 확보는 국가 소재 산업의 경쟁력을 높이는 핵심 동력이 될 것입니다.

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 강정신 박사 발표
한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실
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