[노벨 로드] 신물질 찾아나선 지 50년… “나는 지금도 호기심에 가슴이 뛴다”

임지순 울산대 석좌교수 인터뷰
이산화탄소 포집 신물질로 지구 구하기 나서
머스크가 연 상금 1억달러 대회서 본선 진출
70대 나이에도 여전히 현역… “건강·여건된다면 계속”
“창의력 위해선 짜여진 삶 피해야… 선행학습 나쁜 교육”

가을을 재촉하는 비가 쏟아진 지난 13일. 서울 관악구의 서울대 캠퍼스는 새로운 학기를 시작한 학생들로 분주했다. 비를 피해 서둘러 찾아간 서울대 상산수리과학관에서는 때마침 ‘SNU(영문 서울대 약자) 그랜드 퀘스트 오픈포럼’이 열리고 있었다.

과학기술의 미래를 향한 도전적 질문이라는 부제에 걸맞게 이날은 ‘효소처럼 뛰어난 수소생산 촉매를 만들 수 있을까’를 주제로 현택환 서울대 석좌교수와 성영은 서울대 교수가 대담을 진행하고 있었다. 추적추적 가을 비가 내리는 캠퍼스와 달리 대강당은 과학기술의 미래를 찾아 온 학생들로 가득해 뜨거운 열기가 느껴졌다. 잠시 대담을 듣다 계단을 찾아 2층으로 올라갔다. 1층과는 달리 조용하고 어두운 복도가 나타났다. 서울대 응용물리연구소를 알리는 안내판이 눈에 띄었다.

조용한 복도에서도 유독 한 연구실이 눈에 띄었다. 아인슈타인의 사진이 담긴 대형 액자가 연구실 문 옆에 놓여 있었다. 연구실에 다가서자 누군가가 바쁘게 통화하는 소리가 들렸다. 10여분 넘게 이어지는 통화가 끝나고 문을 두드렸다. 잠시 후 반팔 셔츠를 입은 임지순 울산대 반도체학과 석좌교수가 환하게 웃으며 문을 열었다. 임 교수의 뒤로는 칠판 가득 적혀 있는 수식과 연구실을 가득 채운 논문과 책들이 눈에 들어왔다.

2023년 9월 13일 오후 서울대학교 연구실에서 만난 임지순 울산대 석좌교수. 임 교수는 기후위기 해결을 위한 새로운 도전에 뛰어들었다. 임 교수는 이산화탄소 포집을 위한 신물질을 개발하고 일론 머스크가 주최한 대회에 참여해 본선에 오른 상태다./주완중 기자

임 교수는 자타공인 한국이 배출한 최고의 과학 분야 석학 중 한 명이다. 1951년생인 임 교수는 경기고 전교 1등, 대입 예비고사 전국 1등, 서울대 본고사 전체 수석을 하며 ‘3관왕’을 차지했다. 40대에 서울대 석좌교수가 됐고, 2011년에는 한국인으로는 세 번째로 세계 최대 학술단체인 미국과학학술원(NAS) 외국인 종신회원에 올랐다. 1996년 한국과학상, 1998년 올해의 과학자상, 2004년 인촌상, 2007년 청암상, 올해 호암상까지 과학자가 받을 수 있는 상이란 상을 거의 다 받았다. 1998년 네이처에 발표한 탄소나노튜브 논문을 비롯해 수많은 연구 성과들이 쌓여서 이뤄낸 결과다.

한국뿐 아니라 세계적인 물리학 석학인 임 교수를 최근에 마주친 건 의외의 장소였다. 지난 7월 20일 서울 그랜드워커힐 컨벤션센터에서 벤처투자사인 소풍벤처스와 카카오임팩트재단이 이산화탄소 대기직접공기포집(DAC)을 주제로 세미나를 열었다. 기후위기를 극복하기 위해 이산화탄소 배출을 줄이는 것만으로는 부족하고 대기 중의 이산화탄소를 포집해야 한다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이날 세미나는 이산화탄소 포집을 연구하는 연구자와 기업, 정부 관계자들이 모인 자리였다.

임 교수도 세미나의 맨 앞자리에 앉아 있었다. 세미나에 앞서 마이크를 잡은 임 교수는 “나는 고체물리학을 하던 사람인데, 이 분야가 중요하다는 걸 뒤늦게 깨닫고 몇 년 전부터 종사하고 있다”며 “기후위기 극복은 인류 공동의 문제인 만큼 이 분야에서도 한국이 창의력을 발휘해서 세계적인 흐름을 이끌어보자”고 말했다.

물리학 대가이자 석학인 임 교수가 기후위기에 대응할 기술 개발을 역설한 것도 놀라웠지만, 70대 중반을 향하는 나이에 새로운 분야에 뛰어들어서 젊은 연구자나 기업인들과 경쟁한다는 사실도 신선했다. 어떻게 된 일일까. 세미나가 끝나고 인터뷰를 요청했고, 두 달 가까이 시간이 흐른 지난 13일 마침내 임 교수를 만났다.

◇지구 구하기 뛰어든 70대 석학… “이산화탄소 포집, 한국도 늦지 않았다”

고체물리학의 세계적인 석학이 어쩌다 기후위기와의 전쟁에 뛰어든 걸까. 임 교수는 일론 머스크의 이름을 꺼냈다. 머스크는 지난 2021년 총상금 1억달러(약 1325억원)를 내걸고 ‘엑스프라이즈’라는 대회를 열었다. 주제는 기후위기를 일으키는 온실가스 문제를 해결하라였다. 전 세계에서 5000여개의 팀이 지원했고, 이 가운데 287개 팀이 본선에 진출했다. 2025년 4월 22일(지구의 날)에 발표되는 본선 결과에 따라 1위를 차지한 팀은 자신들의 아이디어를 실현할 수 있는 상금 5000만달러를 받게 된다. 2위부터 4위까지도 1000만달러씩의 상금을 받는다.

-머스크가 주최한 엑스프라이즈에 뛰어들었다. 기후위기는 고체물리학과 언뜻 관련이 없어 보이는데 어떤 계기가 있었나.

“고체물리라는 분야가 기본적으로 신물질을 설계하는 일이다. 탄소나노튜브나 새로운 반도체, P램 같은 것들도 모두 신물질을 연구하는 연장선상이었다. 원래는 환경문제를 해결하기 위해 수소를 저장할 수 있는 물질을 연구했는데, 그 연장선상에서 이산화탄소를 포집할 수 있는 물질을 만들게 됐다.

기후위기 문제의 중요성 깨달은 특별한 계기는 없다. 한 가지 이야기하자면 2015년 파리협정이 있다. 그때 파리에서 열린 유엔 기후변화협약 당사국총회에서 195개국이 새로운 기후변화협정을 체결했다. 미국이나 중국이 승인을 하지 않으면 의미가 없는 일이었는데, 두 나라가 승인을 하더라. 중국까지 기후변화협정을 승인하는 걸 보고 기후위기 문제가 생각보다 심각할 수 있다는 경각심을 갖게 됐다. 때마침 서울대에서 포스텍으로 자리를 옮기면서 새로운 연구 주제가 필요했는데, 이산화탄소를 저장할 수 있는 물질을 찾게 됐다.”

-이산화탄소를 효과적으로 포집할 수 있는 유·무기 다공성 하이브리드 화합물을 만들었다고 들었다. 어떤 물질인가.

“스포익(Sparsely Pillared Organic-Inorganic Hybrid Compound·SPOIC)이라는 이름을 붙였다. 초미세 구멍을 지니고 있는 물질인데 이 구멍에 이산화탄소가 들어가서 채우는 식이다. 구성성분이 인체에 무해하고 가격도 저렴하다. 제조공정도 단순하고 친환경적이라는 장점이 있다. 이미 물질에 대한 특허를 한국과 미국, 일본에서 확보해놨다.”

서울대 응용물리연구소에 있는 임지순 교수의 연구실 모습./이종현 기자

-본선에 오른 287개 팀에 들었다. 중간 평가에서 상위 15개 팀에는 들지 못했는데, 막판 뒤집기가 가능한가.

“내년 4월 정도부터 실제 시설에 대한 실사가 시작된다. 예선은 아이디어를 가지고 승부했다면 본선에서는 실제로 1년에 1000톤 정도의 이산화탄소를 포집할 수 있다는 걸 보여줘야 한다. 우리도 포항에 실제 설비를 구축하기 위한 준비를 하고 있다. 예선과 본선을 준비하는 팀원도 구성이 조금 달라졌다. 중간 평가에서는 상위권에 들지 못했지만 시설만 갖춘다면 얼마든지 평가가 더 좋아질 수 있다고 본다. 중간 평가에서 상위권에 든 팀들은 이미 투자를 받아서 시설이나 설비를 갖춘 곳들이다. 실현 가능성을 보여줬기 때문에 더 좋은 평가를 받은 건데, 우리도 설비가 완성되면 평가가 점프할 수 있다.

사실 한국에서 엑스프라이즈 본선에 진출한 팀이 8개인데, 그 중 2개가 내가 만든 팀이다. 스포익을 이용한 방식 외에 해양 식물인 우뭇가사리를 이용한 이산화탄소 포집으로도 본선에 나갔다. 지금은 스포익 설비를 만드는 데 집중하고 있지만, 나중에 시간이 허락되면 두 아이디어를 합치는 것도 생각 중이다.”

-해외에는 클라임웍스처럼 이산화탄소 포집 기술을 앞세워 유니콘(기업가치 1조원 이상의 비상장 기업)이 된 곳도 있다.

“클라임웍스나 카본엔지니어링 같은 해외 기업들의 사례도 찾아보고 있다. 최근에 미국에서 시행된 인플레이션감축법(IRA)만 봐도 청정수소에 많은 보조금을 지급한다고 돼 있다. 법안을 자세히 보면 이산화탄소 포집 기술에 대해 구체적으로 명시하고 있다. 이런 분위기 덕분에 관련 기술을 가진 기업들의 가치가 수직상승했다. 그렇다고 그들과 우리의 차이가 큰 게 아니다. 기술적인 면에서는 얼마든지 경쟁이 가능한 수준이라고 생각한다. 다만 우리가 조금 늦게 시작했을 뿐이다. 해외 기업들도 이제 막 설비를 갖추는 수준이다. 우리에게도 기회가 있다고 생각한다.”

-엑스프라이즈에서 탈락하면 어떻게 되나.

“대회 결과는 사실 중요하지 않다. 스포익이라는 신물질을 개발한 게 중요하다. 이 물질을 가지고 새로운 회사를 창업할 지, 연구를 통해 기술을 고도화할 지는 아직 정해지지 않았다. 중요한 건 대회 결과와 무관하게 탄소중립을 위해 혁신적인 아이디어를 키워야 한다는 점이다. 최근에 중소벤처기업부 사람들을 종종 보는데 이런 기술을 어떻게 스케일업할 지 관심이 많다.”

◇나이 때문에 멀쩡한 연구실 문 닫기도…정년 이후 연구할 길 없어

-보통의 연구자라면 은퇴를 했을 나이인데, 아직도 에너지가 넘친다. 새로운 물질을 찾고, 새로운 일을 시작하는 게 두렵지는 않나.

“연구를 한 지 50년이 지났다. 기본적으로는 ‘좋아서’ 하는 거다. 새로운 분야에 대한 호기심도 여전하다. 건강이 뒷받침돼야 하는데, 다행히도 건강에는 문제가 없다. 신물질을 연구하는 일을 하다보니 지루할 틈이 없다. 세상에는 아직 우리가 존재 자체도 모르는 물질이 무한하다. 언제나 새로운 물질을 찾을 가능성이 열려 있다. 50년 동안 연구를 하면서 성과가 있을 때도 있고 없을 때도 있었지만, 늘 재밌다는 생각은 변함이 없었다.”

임 교수는 2016년 서울대 정년퇴직(65세)을 6개월 앞두고 포스텍으로 자리를 옮겼다. 은퇴 걱정 없이 연구를 계속하고 싶다는 이유였다. 최근에는 다시 한 번 소속이 바뀌었다. 9월 1일자로 임 교수는 울산대 반도체학과 석좌교수로 자리를 옮겼다. 포스텍에서도 연구를 계속 할 수 있었는데 울산대로 옮긴 이유는 뭘까.

-울산대로 자리를 옮긴 것도 새로운 도전인가.

“포스텍과 문제가 있었던 건 전혀 아니다. 계속해서 임기를 연장해왔고, 이번에도 연장이 가능했다. 그런데 울산대에서 새로운 시작을 해보지 않겠냐는 제의를 받았고 고민 끝에 수락했다. 울산대는 포스텍처럼 과학에 특성화된 학교는 아니지만, 울산이 산업의 중심지라는 게 끌렸다. 대한민국 대표 공업도시인 울산대가 과학기술 분야를 업그레이드하고 싶어하는 마음이 있었던 것 같다. 마침 이산화탄소 포집 기술에 대한 연구가 이론 단계를 지나서 실제 설비를 구축하는 응용 단계로 들어가는 것도 영향을 준 것 같다. 공업도시인 울산으로 옮겨서 지금까지와는 다른 환경으로 바꿔보는 게 어떨까 싶은 마음이었다.”

서울대 응용물리연구소에 있는 임지순 교수의 연구실. 임 교수의 연구실 앞에는 아인슈타인의 사진이 담긴 대형 액자가 놓여 있다./이종현 기자

-언제까지 연구를 계속 할 건지도 궁금하다.

“건강이 허락한다면 계속 연구를 할 생각이다. 물론 여건이 따라주는 것도 중요하다. 생산성 있는 연구를 하지 못한다면 다른 사람들에게 폐를 끼치는 일이다. 이 두 가지만 가능하다면 계속 하려고 한다. 얼마 전에 버클리를 방문해 지도교수였던 마빈 코헨 교수를 만나고 왔다. 아흔 살을 앞두고 계시는데 얼마 전에야 연구에서 손을 놨다고 한다. 연구자의 역량과 생산성만 충분하다면 이를 뒷받침해주는 미국의 문화가 부럽다고 생각했다.”

-한국은 상대적으로 연구자의 정년이 확실하게 정해져 있다.

“건강이나 능력이 충분한 데도 여건이 뒷받침 되지 않아서 은퇴하는 연구자가 많다. 연구를 계속 하고 싶은데도 나이가 됐다는 이유로 하루 아침에 잘 돌아가던 연구실을 닫게 하는 것이다. 이건 국가적인 자원 낭비라고 생각한다. 완전히 새로운 아이디어를 내는 건 젊은 사람이 잘 할 수 있지만, 정년이 가까운 연구자들은 노련하고 연구실이 좋은 성과를 내는 경우가 많다. 최근에는 정년 이후에도 연구를 계속할 수 있게 도와주는 제도가 하나둘 생겼지만 너무 미흡한 수준이다. 우수한 연구자나 학자에 한해서라도 정년 이후에도 연구를 이어갈 수 있게 도와주면 좋겠다.”

-적지 않은 나이에도 계속해서 뛰어난 연구 성과를 유지하는 비결이 궁금하다.

“쉴 때는 정말 쉬기만 한다. 예전에는 바둑을 뒀는데, 바둑을 두면 쉬는 느낌이 안 들더라. 연구도 머리를 쓰는 일인데 쉬자고 두는 바둑에서 머리를 계속 써야 하는 것이다. 그래서 바둑은 그만뒀다. 연구를 할 때만 두뇌를 확 가동하자는 생각을 가지고 있다.”

-창의력을 유지하는 비결이 있나.

“서울대에서 신입생을 상대로 비슷한 주제로 말한 적이 있는데. 창의력을 키우는 방법은 모르겠다. 그런데 창의력이 어떻게 하면 없어지는 지는 이야기할 수 있다. 남들이 정해놓은 짜여진 삶을 계속해서 살면 창의력은 사라진다. 나도 한국에서 대학까지 마치고 미국에 유학을 가서야 깨달았다. 외우고 시험 문제 푸는 건 자신이 있었는데, 창의적인 사고를 하는 능력은 한국에서 초중고등학교와 대학을 다니면서 많이 억제됐다는 걸 알았다.

이런 면에서 보면 요즘 어린 나이의 학생들에게 선행학습을 하는 문화는 나쁜 문화라고 생각한다. 예컨대 개념도 잘 모르는 어린 초등학생에게 고등학생이나 대학생이 배울 미적분을 문제 풀이를 통해 가르치고 있다. 의대반이라는 게 초등학생까지도 내려갔다고 들었다. 개념이나 의미를 모른 책 반복 연습만 하는 건 창의력을 망치는 길이다. 미적분은 뉴턴이 생각해낸 개념이다. 개념을 따지고 들면 대학생도 이해하기 힘들다. 개념을 모른 채 문제푸는 방식만 외우는 건 나중에 창의적인 사고를 할 수 없게 만든다. 모르는 걸 고민하면서 새로운 풀이법을 찾는 게 중요한데 문제 푸는 연습만 시키면 흥미를 잃게 된다. 이미 외운 방식이 있으니 새로운 해결책은 고민하지 않게 된다. 대표적으로 나쁜 방법이다.”

◇”기초과학 지원 줄이지는 말아야… 성과 재촉 않는 것도 중요”

-노벨상 시즌이다. 언제쯤 한국인 과학자가 노벨상을 받을 수 있을까.

“머지 않은 시점에 가능하다고 본다. 한국인 연구자와 해외 연구자가 공동으로 기여한 업적에서 우선 수상자가 나올 것이다. 한국만의 독자적인 연구로 받기까지는 아직 시간이 필요하다. 일단은 해외 연구자와 공동 연구가 먼저 노벨상을 받게 될 것이라고 본다.”

-노벨상이 한국 사회에 필요한 이유가 있을까.

“한국에도 노벨상이 빨리 나올 필요가 있다. 기초연구와 독창적인 연구에 대한 정부 지원이 늘어야 한다. 이런 분야에 지원을 늘리기 위해서라도 노벨상 수상자가 나와야 한다고 본다.”

-노벨상은 장기적인 투자와 지원이 중요한데, 최근에 정부가 33년 만에 국가 연구개발 예산을 삭감했다. 기초 분야에 대한 지원도 줄어들 텐데, 괜찮을까.

“굉장히 오랜 기간 한국의 국가 R&D 예산이 늘어온 건 사실이다. 그러다 보면 비효율이나 낭비되는 지점도 분명히 생긴다. 이런 건 과학계도 인정해야 한다. 하지만 유지해야 하는 분야도 분명히 있다. 창의적인 연구, 기초 분야에 대한 지원은 애초에 규모가 크지도 않았던 만큼 현재 수준을 유지하는 게 맞는다고 본다. 늘리기는 힘들더라도 최소한 유지라도 해줬으면 하는 바람이다. 기초과학 분야는 인풋 대비 성과를 측정하기 힘든 만큼 너무 성과를 따지지 않았으면 하는 바람도 있다.”

임지순 교수는

1974년 서울대 물리학과

1977년 미국 캘리포니아 버클리대 물리학 석사

1980년 미국 캘리포니아 버클리대 물리학 박사

1982년 미국 MIT대 물리학 연구원(Post-doc)

1984년 미국 AT&T 벨연구소 연구원(Post-doc)

1986년 서울대 물리학과 부교수

1996년 서울대 물리학과 교수

1996년 한국과학상

1999년 올해의 과학자상

1999년 관악대상

2004년 인촌상 자연과학부문

2006년 국가석학 선정(물리학)

2007년 청암상 과학상

2007년 대한민국 최고과학기술인상

2009년 서울대 물리천문학부 석좌교수

2011년 미국 과학학술원(NAS) 외국인 회원

2016년 포스텍 물리학과 석학교수

2020년 국제첨단소재협회 올해의 과학자상

2023년 삼성호암상-과학상 물리·수학 부문

2023년 울산대 반도체학과 석좌교수

주요 연구 성과

Nature(1998), DOI : https://www.nature.com/articles/35099

Nature(1999), DOI : https://www.nature.com/articles/20148

Science(2000), DOI : https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.288.5465.494

Nature(2002), DOI : https://www.nature.com/articles/4151005a

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